自组织光束技术使3D成像效率提升25倍

科技日报北京4月27日电 光学领域长期存在这样一个观点：激光功率越高，光束往往会变得更加杂乱。现在，美国麻省理工学院的研究团队对此提出了新的见解。据最新一期《自然·方法》杂志报道，他们发现，某些条件下，原本混乱的激光并不会失控，而是能够“自我收敛舆情网”，最终形成一束极为集中的光束。这个现象让他们实现了对人类血脑屏障的高速三维成像，其成像速度比传统方法提高了大约25倍。这项创新有望推动生物成像技术在速度和分辨率上实现更大突破。

这一发现起源于一次极限挑战实验。研究人员持续向多模光纤注入激光，并不断提升激光功率，原本以为光束会因此变得更加无序和混乱。结果却出乎意料——当功率快达到光纤极限时，本来杂乱的光突然收缩，形成了一束非常细且稳定的光。

进一步研究表明，这种现象只有在满足两个关键条件时才会出现。第一，激光必须严格沿着光纤的轴线（即零度角）射入；第二，功率需要提升到能够引发非线性效应的临界水平。此前，科学家担心损伤光纤，尝试通常都控制在较低功率，因此这一特殊效应很少被发现。

这种自发形成的“铅笔光束”比普通光束更加纯净和集中，大大减少了成像过程中“旁瓣”的干扰。旁瓣会让成像产生模糊的光晕，影响图像质量。研究人员用这种光束对血脑屏障进行了成像，成功实现了对细胞层面的三维动态观察，并能够实时跟踪细胞对蛋白质和药物的吸收情况。

实验还显示，这项方法在极大提升成像速度的同时，也保证了与现有顶尖技术相当的分辨率，同时在分辨率和成像深度之间找到了新的平衡。