针形激光束可提高光学相干断层扫描深度

近日据optics.org报道，美国斯坦福大学的一个项目研究小组开发了一种新方法，可以产生各种不同长度和直径的针形激光束。该项研究目前发表在专业期刊Optica上，内容围绕成形脉冲将为光学相干断层扫描（OCT成像）带来的特殊优势。

研究人员发现，具有长而窄的光子定位的针状激光束（Needle-shaped laser beams，NBs）可能允许具有无失真时间轮廓的无衍射脉冲。在显微镜中使用这种脉冲被认为是提高聚焦深度的一种途径，但到目前为止还没有其他技术产生这样的脉冲，因此限制了它们在显微镜应用中的适用性。

虽然OCT的轴向分辨率沿成像深度是恒定的，但它通常具有较小的聚焦深度。斯坦福团队评论说，OCT仪器通常可以沿深度移动焦点以捕获整个感兴趣区域的清晰图像，但是当样本不是静态的时，这种动态聚焦会使成像变慢和困难。

斯坦福大学医学院的Adam de la Zerda表示，针状激光束可以有效地扩展OCT系统的焦深，提高横向分辨率、信噪比、对比度和长深度范围内的图像质量。然而在此之前，由于缺乏通用、灵活的生成方法，实现特定的针形光束一直都很困难。

斯坦福团队的研究方法是使用在熔融石英晶片上制造的微结构相位掩模，创建各种光图案和许多焦点。对相位掩模中的像素组进行图案化，以便在轴向上创建许多明显的密集焦点，有效地形成具有长聚焦深度的针状光束。

活的果蝇幼虫心脏跳动的高分辨率动态图像

提高显微镜系统的分辨率

在试验中，首先使用针状光束对0.8μm聚苯乙烯珠进行成像，然后对人类皮肤表皮进行成像。正如论文阐述那样，分辨率和对比度都更好，针形激光束允许通过深度聚焦深度，从而实现细胞级的分辨率。

该技术还用于使用700μm长、直径8μm的光束对果蝇幼虫的心跳、消化系统和肌肉运动进行成像。研究人员运用这种方法捕捉了果蝇的心脏管内心脏瓣膜运动，这在传统高斯光束中是不可见的。

该平台的未来改进，让业界看到了单个扁平金属取代衍射光学元件的可能性，并利用这种亚结构以传统光学无法实现的方式影响光束轮廓的能力。该项目表明，这种金属可以放置在老鼠的头骨上，实时观察老鼠大脑神经元动态。其他显微镜检查方式也可能受益。

“针形激光束可以用来提高一般显微镜系统的分辨率，包括用光镊进行粒子操作、材料加工、共焦显微镜、多光子显微镜、光刻和光声层析成像，”斯坦福大学的Jingjing Zhao谈到，“我们的模型还可以应用于太赫兹成像的电磁波，甚至可以应用于超声成像中的机械波。”