采用矢量涡旋光的量子人体扫描仪

光通过任何一种介质传播——不管是自由空间还是生物组织——光都会发生散射。对散射的鲁棒性要求是通信和成像系统的共同要求。结构光由于使用了投影图案，具有抗散射性，因此成为一种多功能工具。特别是，携带轨道角动量（OAM， orbital angular momentum）的结构光模式在生物医学成像中的应用引起了广泛的关注。

轨道角动量是光的一种内在属性，它赋予空间轮廓一种特殊的圆环形状。还可以构造光的轨道角动量模式的偏振分布。叠加两个轨道角动量模式，可以得到一个矢量涡旋光束（VVB，vector vortex beam），其特征是光束横截面上的圆环状强度分布，并且具有空间变化的偏振特性。矢量涡旋光束被认为是医疗技术中量子应用的有利条件。

图片所示为矢量涡旋光束在乳胶珠溶液中散射前后的过程

创新的癌症扫描仪

一个国际研究小组最近发表了一篇关于散射介质中矢量涡旋光束传输的综合研究。该团队在欧盟FET-OPEN癌症扫描项目的支持下进行了合作，该项目提议开发一种全新的生物医学检测统一技术概念，在量子光学和量子力学中运用新的思想。这一新概念基于光子在三维空间中的统一传输和探测，该空间具有轨道角动量、纠缠和高光谱特性。从理论上讲，这些元素有助于开发一种扫描仪，它可以筛查癌症并在一次扫描中检测到癌症，而不会有任何辐射风险。

正如他们在报告中所解释的那样，研究小组实现了一个灵活的平台来产生矢量涡旋光束和高斯光束，并研究了它们在模拟生物组织特征的介质中的传播。他们展示和分析了不同模式光的空间轮廓和偏振模式的退化。

上图为实现任意矢量涡旋光束和轨道角动量模式的实验装置，用于分析微微米乳胶珠水溶液与散射介质相互作用后的空间和极化特性。插图：通过增加散射介质的浓度，光携带轨道角动量的空间模式变化情况。

对于高斯光束和矢量涡旋光束，作者指出，当介质浓度超过0.09%时，空间分布会发生突变：对比度急剧下降。作者观察到这种变化是由于光束的散射成分引起的均匀背景的存在。

研究偏振分布，他们发现矢量涡旋光束行为与高斯光束有很大不同。高斯光束呈现出不受散射过程影响的均匀偏振图样。相比之下，矢量涡旋光束在横截面上呈现出复杂的极化分布。研究小组观察到，当矢量涡旋光束信号通过散射介质时，它的一部分完全去极化，但一部分信号保持其结构。

这些关于与散射介质的相互作用如何影响结构轨道角动量光的行为的见解代表了探索其如何与生物组织相互作用的一个重要进步。研究小组希望，他们的综合研究将促进对光散射组织模拟介质效应的进一步研究，以推动创新的生物医学检测技术的探索。

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