بهبود اندازه‌گیری‌های مکانی-زمانی میدان‌های بصری برانگیخته با استفاده از مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری

خلاصه

پیشرفت‌های اخیر در عملکرد و کاربردی مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری (OPMs) قابلیت‌های جدیدی را در نقشه‌برداری غیرتهاجمی عملکرد مغز از طریق مگنتوآنسفالوگرافی فعال کرده است. به طور خاص، فقدان شرایط عملیاتی برودتی امکان قرار دادن انعطاف‌پذیرتر سر حسگرها را در نزدیکی مغز فراهم می‌کند که منجر به بهبود وضوح فضایی و قابلیت‌های محلی‌سازی منبع می‌شود. از طریق ضبط میدان‌های مغزی برانگیخته بصری (VEF)، نشان می‌دهیم که نزدیکی حسگر می‌تواند برای بهبود وضوح زمانی مورد سوء استفاده قرار گیرد. ما از OPM ها و دستگاه های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) برای مرجع برای اندازه گیری پاسخ مغز به محرک های فلاش و معکوس الگو استفاده می کنیم. ما سیگنال‌های بسیار تکرارپذیر را با سازگاری در بین شرکت‌کنندگان متعدد، الگوهای محرک و روش‌های حسگر پیدا می‌کنیم. مزیت وضوح زمانی OPM ها در مقایسه با SQUID ها در بهبود دو برابری آشکار می شود. قابلیت ردیابی سیگنال مکانی-زمانی بهبودیافته با ضبط برداری همزمان VEFها در قشر بینایی اولیه و انجمنی نشان داده شده است، جایی که یک تاخیر زمانی در حد 10-20 میلی ثانیه به طور مداوم یافت می شود. این امر راه را برای مطالعات فضایی-زمانی بیشتر ردیابی سیگنال عصبی فیزیولوژیکی در پردازش محرک بینایی و سایر پاسخ‌های مغزی، با پیامدهای بالقوه گسترده برای نقشه‌برداری زمان حیاتی عملکرد در مغزهای سالم و آسیب‌شناس هموار می‌کند.

معرفی

در طول قرن گذشته، پیشرفت‌های برجسته در فیزیک پزشکی منجر به توسعه تکنیک‌های تصویربرداری عصبی عملکردی غیرتهاجمی شده است1،2،3. این بینش های قابل توجهی در مورد عملکرد مغز و اتصال ارائه کرده است. پیشرفت‌های مهم در تکنیک‌های تصویربرداری عصبی مدرن امکان بررسی الگوهای عصبی مرتبط با تحریک‌های خاص را فراهم کرده است و اطلاعاتی درباره ویژگی‌های مکانی و زمانی سیگنال ارائه می‌دهد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که تجزیه و تحلیل مکانی-زمانی سیگنال‌های مغز نه تنها برای درک مکانیسم‌های اساسی مدارهای مغز ضروری است، بلکه نشانگرهای زیستی قابل اعتمادی را برای تمایز فعالیت فیزیولوژیکی و پاتولوژیک مغز در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی فراهم می‌کند. حتی امکان پیش‌بینی پیشرفت بالینی یا پاسخ‌های درمانی وجود دارد. با این حال، تحقق دامنه کامل محلی‌سازی زمانی و مکانی سیگنال‌های مغزی با وضوح ذاتاً پایین مکانی-زمانی روش‌های موجود در حال حاضر مختل می‌شود.

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی قادر به نقشه برداری از مناطق فعال مغز با وضوح فضایی بالا است، اما تنها وضوح زمانی پایین ([خطای پردازش ریاضی]) را ارائه می دهد، زیرا تغییرات اندازه گیری شده محلی در جریان خون با فعالیت عصبی هماهنگ نیست. الکتروانسفالوگرافی (EEG) یک روش تصویربرداری عصبی بلادرنگ، با قابلیت محلی‌سازی منبع محدود و وضوح فضایی ([خطای پردازش ریاضی]) است.

Magnetoencephalography (MEG) یک روش بلادرنگ جایگزین با وضوح فضایی بهبود یافته از لحاظ نظری ممکن است، قادر به اندازه‌گیری پتانسیل‌های پس سیناپسی سلول‌های هرمی مماسی در سطح پوست سر است. تحقیقات اخیر نشان داده است که MEG می‌تواند برای ارزیابی سیگنال‌های غیرطبیعی قشر مغز در بیماران مبتلا به بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون، اختلال طیف اوتیسم، و در موارد شدید اختلال استرس پس از سانحه مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، MEG از نسبت سیگنال به نویز پایین (SnR) رنج می‌برد و استفاده از آن به اتاق‌های دارای محافظ مغناطیسی (MSRs) محدود می‌شود. محیط‌های محافظ مغناطیسی برای فرونشاندن نویزهای مغناطیسی محیطی استفاده می‌شوند، که اغلب مرتبه‌های بزرگ‌تر از میدان‌های عصبی مغناطیسی (محدوده fT تا pT) هستند.

به طور سنتی، MEG برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی مغز به آرایه‌ای از دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) متکی است.

با تثبیت آرایه حسگر در داخل یک دیوار برودتی مورد نیاز، مکان‌های حسگرهای جداگانه باید به گونه‌ای مرتب شوند که اکثریت قریب به اتفاق اندازه‌ها و شکل‌های هد را مطابقت دهد. موقعیت های ثابت منجر به انحراف شعاعی مختلف از سر سوژه می شود. همراه با حرکات کوچک سر از سوژه در طول اندازه‌گیری، موقعیت‌های آفست و ثابت تأثیر عمده‌ای بر تشخیص فعالیت بالقوه قشر مغز دارند. به طور خاص، دقت نظری قابل دستیابی محلی سازی منبع سیگنال از بین می رود. این امر باعث می شود SQUID-MEG در بسیاری از موارد، به ویژه در زمینه بالینی، غیر عملی باشد.

مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری (OPM) بدون تبادل اسپین بسیار حساس (SERF) که در آغاز هزاره ۲۰ ساخته شدند، می‌توانند به غلبه بر وضوح فضایی محدود SQUID-MEG کمک کنند. OPM-MEG با قابلیت ثابت شدن روی سر سوژه 22، فاصله افست کمتر از SQUIDS و توانایی اندازه گیری دو محوره همزمان، OPM-MEG مزایای متعددی نسبت به SQUID-MEG دارد، از جمله مناسب بودن آن برای کاربردها در جمعیت های کودکان و بالینی.

هدف از این مطالعه نشان دادن توانایی بهبود یافته OPM-MEG با ثبت ویژگی های مکانی-زمانی سیگنال های عصبی فیزیولوژیکی و مقایسه آنها با SQUID-MEG معمولی بود. به‌عنوان یک مورد آزمایشی اولیه، ما پاسخ‌های قشر بینایی را برای تحریک‌های بینایی استاندارد تعیین کرده‌ایم، با پاسخ‌های اندازه‌گیری شده در زمینه‌ای که به خوبی مشخص شده است. ما دریافتیم که OPM-MEG در ردیابی سیگنال مغز در فضا و زمان نسبت به SQUID-MEG برتری دارد و روشی مناسب برای ارائه اطلاعات جدید در مورد انتشار سیگنال‌ها، مکان‌یابی منبع، سرعت عصبی و مدارهای مغزی بسیار فراتر از پردازش محرک‌های بصری است.

سنسورهای کوانتومی فعالیت مغز را با دقت دقیق اندازه گیری می کنند

بر اساس نتایج یک مطالعه دانشگاه ساسکس (انگلستان) می توان از حسگرهای کوانتومی برای نشان دادن نشانگرهای اولیه بیماری های مغزی در فضا و زمان استفاده کرد. محققان نشان دادند که حسگرهای کوانتومی، هنگامی که با مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) استفاده می‌شوند، می‌توانند تغییرات در مغز، مانند کاهش سرعت فعالیت مغز را از نظر فضایی و زمانی ردیابی کنند.

به گفته محققان، در آینده، این حسگرها می توانند برای اسکن دوره ای بیماران برای بررسی تغییرات در فعالیت مغز استفاده شوند.

پروفسور پیتر کروگر، سرپرست آزمایشگاه سیستم‌ها و دستگاه‌های کوانتومی در دانشگاه ساسکس، گفت: «سنسورها حاوی گازی از اتم‌های روبیدیم هستند. پرتوهای نور لیزر به اتم ها می تابد، و زمانی که اتم ها تغییراتی را در یک میدان مغناطیسی تجربه می کنند، نور را به طور متفاوتی ساطع می کنند. نوسانات در نور ساطع شده تغییراتی را در فعالیت مغناطیسی در مغز نشان می دهد.

محققان در این کار از دو نوع حسگر استفاده کردند: مغناطیس‌سنج‌های پمپ شده نوری (OPM) و دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID). هر دو برای اندازه گیری پاسخ مغز مورد استفاده قرار گرفتند و هر دو حسگر با MEG، یک تکنیک غیرتهاجمی برای شناسایی و ثبت میدان های مغناطیسی مرتبط با فعالیت الکتریکی در مغز، جفت شدند.

این تیم با استفاده از OPM و SQUID برای اندازه‌گیری پاسخ‌های مغز به محرک‌های فلاش و معکوس الگو، سیگنال‌های بسیار تکرارپذیر را با هماهنگی بین شرکت‌کنندگان مختلف در آزمایش و محرک‌های بصری مختلف مشاهده کردند.

محققان گفتند که معمولاً MEG با آرایه SQUID برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی مغز استفاده می شود. با این حال، در حالی که هر دو حسگر در آزمایش‌ها عملکرد خوبی داشتند، محققان دریافتند که OPM-MEG در ردیابی سیگنال‌های مغز در فضا و زمان بهتر از SQUID-MEG است. آنها معتقدند که دلیل اصلی این امر این است که سنسورهای OPM را می توان نزدیکتر از SQUIDها به قشر بینایی قرار داد.

سپس محققان میدان‌های مغزی برانگیخته بصری را ثبت کردند تا نشان دهند که حسگرهای نزدیک‌تر می‌توانند برای بهبود وضوح زمانی مورد سوء استفاده قرار گیرند. وضوح زمانی OPM ها در مقایسه با SQUID ها بهبودی دو برابری را نشان داد.

آزمایش‌ها نشان داد که OPM-MEG می‌تواند سیگنال‌های عصبی فیزیولوژیکی با منشأ مشترک را در مکان‌های مختلف در زمان‌های مختلف ثبت کند. ضبط همزمان بردار میدان‌های مغزی برانگیخته بصری در قشر بینایی اولیه و انجمنی، جایی که محققان به طور مداوم یک تاخیر زمانی بین 10 تا 20 میلی‌ثانیه پیدا کردند، توانایی ردیابی سیگنال فضایی-زمانی را بهبود بخشید.

آکاترینی جیالوپسو، محقق، گفت: «ما برای اولین بار نشان دادیم که حسگرهای کوانتومی می‌توانند نتایج بسیار دقیقی از نظر مکان و زمان تولید کنند. در حالی که تیم‌های دیگر مزایایی را از نظر مکان‌یابی سیگنال‌ها در مغز نشان داده‌اند، این اولین باری است که حسگرهای کوانتومی از نظر زمان‌بندی سیگنال‌ها تا این اندازه دقیق هستند.

به گفته کروگر، فناوری کوانتومی چیزی است که حسگرها را بسیار دقیق می کند. او گفت: «سنسورهای کوانتومی در چند میلی ثانیه و در چند میلی متر دقیق هستند. حسگرهای بسیار دقیق می‌توانند به دانشمندان اجازه دهند سیگنال‌های مغز را به روش‌هایی ردیابی کنند که برای انواع دیگر حسگرها غیرقابل دسترس است.

به عنوان یک ابزار تحقیقاتی غیرتهاجمی، حسگر کوانتومی OPM-MEG می‌تواند اطلاعاتی در مورد سیگنال‌های انتشار، مکان‌یابی منبع، سرعت عصبی و مدارهای مغزی ارائه دهد. مزایای OPM-MEG می تواند در سطوح تحقیقاتی و بالینی مهم باشد - وضوح مکانی و زمانی بالای آن می تواند به دانشمندان اجازه دهد تا شبکه های عصبی را بهتر بررسی کنند. همچنین می تواند در جمعیت های بالینی در مراحل مختلف یک بیماری استفاده شود.

علاوه بر این، در بیماران با علائم شناختی خفیف، حسگرها می توانند برای نظارت بر پیشرفت بیماری در طول سال ها و ارزیابی پاسخ درمانی استفاده شوند. در مرحله پیش بالینی، حسگرها می توانند برای شناسایی نشانگرهای زیستی بالقوه برای افرادی که در معرض خطر ابتلا به بیماری مانند بیماری آلزایمر هستند، استفاده شود.

جیالوپسو گفت: "امید ما با این پیشرفت است که با کشف این عملکرد پیشرفته اسکنرهای مغز کوانتومی، دری به روی پیشرفت‌های بیشتری باز شود که می‌تواند انقلاب کوانتومی در علوم اعصاب ایجاد کند." این مهم به این دلیل است که اگرچه اسکنرها در مراحل ابتدایی خود هستند، اما پیامدهایی برای پیشرفت‌های آینده دارد که می‌تواند منجر به تشخیص زودهنگام حیاتی بیماری‌های مغزی مانند ALS، MS و حتی آلزایمر شود. این چیزی است که به ما به عنوان یک تیم انگیزه می دهد."

ابزار در فوتونیک و الکترونیک

خوشحالیم که این شماره ویژه را به ابزارهای مبتنی بر فناوری و دستگاه های فوتونیک اختصاص داده است. فوتونیک به طور گسترده به عنوان یک فناوری فعال کننده کلیدی  شناخته شده است و انتظار می رود که توسعه کلاس جدیدی از ابزارهای پیشرفته را در حوزه وسیعی از کاربردهای چالش برانگیز هدایت کند، زیرا می تواند رویکردهای مخرب جدیدی را در راه حل های تکنولوژیکی فعلی ارائه دهد. پیش بینی تاثیر بالای بازار جهانی

هدف این شماره ویژه شناسایی فناوری‌های فوتونیکی متنوع و امیدوارکننده در سطح بلوغ کافی است که امکان توسعه ابزارهای پیشرفته را فراهم می‌کند. تطبیق پذیری فناوری فوتونیک امکان انطباق آن را در بسیاری از زمینه های کاربردی مختلف مانند ارتباطات از راه دور، سنجش، هوانوردی، زیست پزشکی، دفاع و امنیت فراهم می کند و مزایای اجرای فوتونیک و همچنین قابلیت های منحصر به فرد را نسبت به سایر فناوری های رقابتی نشان می دهد.

فن‌آوری و صنعت فوتونیک به سرعت در یک زمینه بین‌رشته‌ای در حال توسعه است که تحقیقات فعال در تعدادی از زمینه‌ها از مواد جدید، فرامواد، فناوری نانو، تکنیک‌های پردازش پیشرفته، کنترل محیطی و بسته‌بندی، تا ابزار دقیق الکترونیکی یا حتی تمام نوری را در بر می‌گیرد. این مخلوط تأثیر مستقیمی بر الزامات عملیاتی و پیچیدگی مرتبط با ابزار دقیق دارد و در نتیجه محدودیت‌های خاصی را برای استقرار گسترده فوتونیک ایجاد می‌کند، زیرا هنوز سطح استانداردسازی کافی در چندین مورد وجود ندارد.

بنابراین، علیرغم تطبیق پذیری فوتونیک و قابلیت های منحصر به فرد، توسعه ابزارها هنوز برای چندین مورد در مرحله اولیه است، بنابراین حوزه ای از موضوعات باز برای تحقیقات بنیادی و کاربردی بعدی باقی می ماند که ما در این موضوع موضوعی به طور شاخص به آن پرداختیم.

ما مشارکت‌هایی را در قالب بررسی‌های جامع تخصصی یا مقالات تحقیقاتی مرتبط با فناوری فوتونیک با تمرکز بر ابزار دقیق در ارتباط با برنامه‌های کاربردی فعلی یا در حال ظهور دعوت می‌کنیم. هدف ایجاد مجموعه ای متعادل از مقالات است که به ترسیم نفوذ ابزارهای فوتونیک در زمینه های مختلف کاربردی و شناسایی چشم اندازها و چالش های باز برای توسعه آینده کمک می کند.

انتظار می‌رود که مشارکت‌ها به حوزه‌های زیر بپردازند، اما محدود به آن‌ها نیستند:

دستگاه های فعال و غیرفعال فوتونیک

دستگاه ها و ابزارهای فوتونیک فیبر و موجبر

حسگرهای فوتونیک

ابزار فوتونیک از راه دور

ابزار دقیق در سیستم های ارتباط نوری

دستگاه های فوتونیک به عنوان ابزاری برای محاسبات کوانتومی و سنجش کوانتومی

کاربرد ابزارهای مبتنی بر لیزر

سیستم های تولید مبتنی بر لیزر

ابزارهای فوتونیک در فرآیندهای تولید صنعتی

کاربردها در نظارت صنعتی و تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط (CBM)

ابزارهای نظارت بر سلامت ساختاری-SHM

ابزار فوتونیک برای پایش محیطی

کاربردها در کشاورزی هوشمند

کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی

ابزارهای تشخیص فوتونیک

سیستم های تصویربرداری، تصویربرداری چند طیفی و برنامه های کاربردی

کاربردهای انرژی و فتوولتائیک

وسایل روشنایی

ابزار دقیق در صنعت خودرو و هوافضا

برنامه های کاربردی فضایی

برنامه های امنیتی

کاربردهای دفاع هوایی، زمینی و دریایی

برنامه های کاربردی امنیت داخلی

کاربردهای موشکی و هوایی

ابزارهای فوتونیک در کاربردهای فناوری اطلاعات و ارتباطات: شبکه‌های حسگر بی‌سیم، اینترنت اشیا اینترنت اشیا

تکنیک های بازجویی و ابزار دقیق الکترونیکی

طرح‌های بازجویی کم پیچیدگی برای حسگرهای فوتونیک مستقل

مسائل استانداردسازی ابزارهای فوتونیکی

تجزیه و تحلیل اقتصادی و بازار ابزارهای فوتونیکی

رویکردهای کارآفرینی و دیدگاه‌های قابلیت زیست ابزارهای فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

مجله خبری اپتیک و فوتونیک

نمونه‌بردارهای میدان نوری در مقیاس نانو با وضوح آتوثانیه

بالا سمت چپ: شماتیک دستگاه. بالا سمت راست: تصویری از فرآیند نمونه برداری از میدان نوری. پایین سمت چپ: عکسی از نانومدار تعبیه شده روی یک برد مدار چاپی. پایین سمت راست: میدان اندازه گیری شده (آبی) در مقایسه با میدان مورد انتظار بازسازی شده (قرمز).

تکنیک های مبتنی بر نور برای مشخص کردن نمونه ها ابزار قدرتمندی برای علم و کاربرد هستند. در حالت ایده‌آل، این تکنیک‌ها اندازه‌گیری‌هایی را با وضوح مکانی و زمانی برتر بدون آسیب رساندن به نمونه امکان‌پذیر می‌کنند. با این حال، در حالی که پیشرفت‌ها در میکروسکوپ با وضوح فوق‌العاده تصویربرداری غیر مخرب با وضوح فضایی زیر موج را ممکن می‌سازد، اندازه‌گیری‌های با حساسیت بالا با وضوح زمانی بهتر از زمان چرخه نور مرئی و مادون قرمز چالش برانگیز هستند.

این چالش توانایی ما را برای کشف بسیاری از دینامیک‌های مهم تعامل نور-ماده محدود می‌کند. برای مثال، انتقال انرژی از نور به الکترون در سیستم‌های فتوولتائیک و فتوسنتزی در مقیاس‌های زمانی فمتوثانیه و بالقوه زیر فمتوثانیه انجام می‌شود. تجسم چنین دینامیک سریعی به وضوح زمانی در حد چند فمتوثانیه یا کمتر نیاز دارد. روش‌های دستیابی به چنین وضوحی نیازمند لیزرهای بزرگ و پرقدرت، محیط‌های خلاء یا نور فرابنفش شدید است که کاربردهای آن را به شدت محدود می‌کند.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، ما یک فناوری نمونه‌برداری فشرده و یکپارچه ایجاد کرده‌ایم که شکل موج‌های میدان الکتریکی نوری مادون قرمز نزدیک را مستقیماً در حوزه زمان قابل مشاهده است. این فناوری تنها با استفاده از انرژی‌های پالس در سطح پیکوژول به وضوح زیر چرخه نوری و زیر فمتوثانیه می‌رسد. از آنجایی که حوزه‌های زمان و فرکانس با تبدیل فوریه همبستگی دارند، اطلاعات طیفی کامل (هم دامنه و هم فاز) نیز از این اندازه‌گیری‌ها بازیابی می‌شود.

برای اندازه‌گیری میدان‌های نوری با وضوح فرعی، دستگاه‌های ما از آرایه‌هایی از نانوآنتن‌های رزونانس الکتریکی متصل شده در ترکیب با پالس‌های محرک نوری چند سیکلی استفاده می‌کنند. این نانوآنتن‌ها میدان‌های نوری تصادفی راننده را برای دستیابی به تابش نور میدان قوی تقویت می‌کنند و انفجارهای الکترون آتوثانیه‌ای ایجاد می‌کنند که پهنای باند نمونه‌گیری در سطح پتاهرتز را امکان‌پذیر می‌سازد. اسکن یک میدان الکتریکی ضعیف از یک موج سیگنال مورد علاقه در سراسر دستگاه به موقع باعث تغییر در جریان شناسایی شده بسته به جهت میدان سیگنال می شود. سپس جریان از طریق دستگاه‌ها به یک آشکارساز خارجی می‌رود، جایی که ضبط می‌شود و یک کپی کامل از موج سیگنال در زمان ارائه می‌کند.

سیستم‌های طیف‌سنجی دامنه زمانی مشابهی که در رژیم THz3 کار می‌کنند، به صورت تجاری در دسترس هستند و معمولاً برای کاربردهای صنعتی و علمی مانند آنالیز شیمیایی و مواد استفاده می‌شوند. چنین سیستم‌هایی اغلب نسبت به تکنیک‌های حوزه فرکانس مرسوم برتری دارند، اما به دلیل محدودیت‌های فناوری اساسی هنوز به مناطق مرئی و مادون قرمز نزدیک مقیاس‌بندی نشده‌اند. ما بر این باوریم که روش ما یک پلت فرم فشرده را فراهم می کند که امکان توصیف چرخه فرعی شکل موج های میدان الکتریکی نوری کم انرژی را برای طیف سنجی با تفکیک زمانی و تصویربرداری در مرئی تا مادون قرمز نزدیک فراهم می کند. به نظر ما، این پلتفرم می‌تواند بینش جدیدی را در مورد دینامیک برهم‌کنش نور-ماده، با کاربردهایی در زمینه‌هایی مانند فتوولتائیک، زیست‌شناسی، پزشکی، ایمنی مواد غذایی، سنجش گاز و کشف دارو، فراهم کند.

متافرم اپتیک

سمت چپ: نمونه ای از برنامه ترکیب کننده متافرم در یک نمایشگر واقعیت افزوده. سمت راست: تصویری از مفهوم متافرم، که یک متاسطح مطابق با یک بستر آزاد را نشان می دهد.

نیازهای تکنولوژیکی دستگاه‌های مصرف‌کننده مدرن مانند نمایشگرهای واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR) و دوربین‌های موبایل فراتر از آن چیزی است که با اپتیک‌های معمولی ممکن است. الزامات چالش برانگیز برای فشردگی دستگاه، کیفیت تصویر و وزن، کشف و پیاده سازی اجزا و معماری های نوری جدید را ضروری می کند. دو فن‌آوری نوری که در دهه گذشته مورد توجه خاص قرار گرفته‌اند، اپتیک آزاد و متاسطح‌ها هستند. 1،2 در کاری که در سال جاری منتشر شد، ما فرآیندهای طراحی تا ساخت را توسعه دادیم که این فناوری‌ها را برای ساخت یک جزء نوری جدید - یک متافرم، ترکیب می‌کند.

سطوح نوری آزاد، سطوحی هستند که هیچ محور تغییر ناپذیری چرخشی (داخل یا فراتر از قسمت نوری) ندارند. 3 اپتیک آزاد سنگ بنای انقلاب اخیر در طراحی اپتیکی است.1 تحولات در نظریه انحراف گرهی همچنین منجر به یک چارچوب طراحی جدید برای فرم آزاد شده است. اپتیک.4 این روش، همراه با پیشرفت در ساخت و آزمایش، اپتیک آزاد را به فناوری مناسبی برای کوچک سازی دستگاه های نوری تبدیل کرده است.

در حالی که اپتیک آزاد نور را بر اساس شکل منحنی ذاتی سطح آزاد کنترل می‌کند، فراسطح‌ها از طریق تعامل نور با ساختارهای زیرموجی که سطح مسطح را تزئین می‌کنند، به کنترل نور می‌رسند. تا به امروز، اجزای مختلف نوری مانند عدسی‌ها، پلاریزرها، و توری‌های پراش با استفاده از سطوح مسطح اجرا شده‌اند.

اخیراً، ما متوجه یک جزء نوری جدید شده‌ایم که آن را متافرم می‌نامیم. یک متافرم از یک متاسطح منطبق با یک بستر آزاد منحنی تشکیل شده است. ما بر اساس چارچوب طراحی آزاد که قبلاً توسعه داده شده بود، ساخته شدیم تا از مزایای تصویربرداری اپتیک آزاد و متاسرفیس استفاده کنیم. ما همچنین یک فرآیند لیتوگرافی پرتو الکترونی پیشرفته را توسعه دادیم (معمولاً فقط در بسترهای مسطح استفاده می شود) تا ساخت متافرم را ممکن کنیم.

برای نشان دادن کاربرد اپتیک متافرم، یک سناریوی کاربردی با الهام از نیازهای نمایشگرهای AR انتخاب کردیم. یک چالش رایج با نمایشگرهای واقعیت افزوده مبتنی بر ترکیب‌کننده فضای آزاد، یک فرم فاکتور نامطلوب است که در آن آینه ترکیب‌کننده به سمت صورت کاربر کج می‌شود و در نتیجه ظاهری «باگ» ایجاد می‌کند. استفاده از آینه متافرم به عنوان ترکیب کننده، این مشکل را با استفاده از متاسطح برای کج کردن تصویر بدون کج کردن خود متافرم حل می کند. علاوه بر این، عملکرد تصویربرداری متافرم را می توان بین بستر آزاد و متاسطح بر اساس نظریه انحراف توسعه یافته و چارچوب طراحی توزیع کرد. دستگاه به دست آمده یک تصویربردار مینیاتوری با فاکتور شکل مطلوب است که می تواند در عینک آفتابی معمولی جای بگیرد.

ما معتقدیم که فرآیندهای طراحی تا ساخت که توسعه داده‌ایم، اپتیک متافرم را به یک فناوری قابل دوام برای عینک‌های AR/VR فشرده‌تر و همچنین برای کاربردهایی از نورپردازی LED گرفته تا دستگاه‌های نوری پزشکی و نظامی تبدیل می‌کند.

اپتیک در سال 2021

اپتیک در سال 2021

جالب ترین تحقیقات در زمینه اپتیک و فوتونیک

این شماره ویژه اخبار اپتیک و فوتونیک، تحقیقات هیجان انگیز اپتیکی که در سال گذشته ظهور کرده است را برجسته می کند.

ویژگی های تشعشعی اتم ها و یون های قطبی شده

این فصل به معرفی ویژگی‌های اصلی تشعشعی اتم‌ها و یون‌ها برای توصیف برهم‌کنش نور-ماده اختصاص دارد. ارائه بر اساس اصل مطابقت بین فیزیک کلاسیک و کوانتومی به منظور استخراج خواص تابشی اساسی، از جمله ضرایب انیشتین و قطبش پذیری دینامیکی اتم است. همچنین به توصیف قطبش پذیری دینامیکی اتم ها و یون ها از جمله حالت ایستا، فرکانس بالا و رزونانس توجه شده است. مفهوم نوآورانه فرکانس پلاسما محلی برای اتم معرفی شده است که امکان توصیف قطبش پذیری سیستم های الکترونی متعدد را در سطح نیمه کمی فراهم می کند. در نهایت، قطبش پذیری جالب آینده نگر نانوذرات فلزی قرار گرفته در یک ماتریس حالت جامد در چارچوب تئوری Mie و تقریب دوقطبی در نظر گرفته شده است.

مقدمه ای بر فیزیک اتمی در پلاسما

این فصل مقدماتی مروری بر فرآیندهای مختلف فیزیک اتمی ابتدایی و ویژگی‌های کلی فرآیندهای تشعشعی ارائه می‌کند. رابطه متقابل بین تشعشع و ماده در چارچوب تله گذاری تشعشع و تئوری انتقال تشعشع مورد بحث قرار می گیرد. رویکردهای تحلیلی ساده، اما کارآمد برای بحث در مورد اثرات اصلی کدورت و حرکت پلاسما دیفرانسیل بر توزیع طیفی ارائه شده‌اند. توجه ویژه ای به حالت های خودیونیزاسیون همراه با تئوری فانو مربوطه و انتشار ماهواره دی الکترونیکی می شود. ویژگی‌های جدیدی مانند تجمع ماهواره‌ای دی‌الکترونیک، نوترکیب سه جسمی گذرا، گسترش استارک، اثرات تداخل غیرخطی، و ویژگی‌های فضایی همراه با بسیاری از داده‌های تجربی و کاربردهای طیف‌سنجی مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نهایت، تابش اشعه ایکس یون توخالی از حالت‌های خودیونیزان ارائه شده است که هنوز در پلاسمای پینچ Z با جریان بالا و پلاسمای متراکم تولید شده با لیزر یک معما است.

پلاسما تطبیقی و یادگیری ماشین

جت‌های پلاسمای اتمسفری سرد (CAP) ترکیبی منحصربفرد از گونه‌های فعال اکسیژن، گونه‌های فعال نیتروژن، فوتون‌ها و میدان‌های الکتریکی را ارائه می‌کنند که ویژگی‌های مطلوبی را برای راه‌اندازی مسیر مرگ سلولی به‌طور انتخابی برای سلول‌های سرطانی نشان می‌دهند. با این حال، اثرات CAP بر سلول‌های سرطانی بسته به نوع خاصی از سلول‌های سرطانی تحت درمان و همچنین ویژگی‌های مختلف جت پلاسما، مانند ترکیب گاز، ولتاژ تخلیه و مدت زمان درمان، به طور قابل‌توجهی متفاوت است. از سوی دیگر، هوش مصنوعی قابلیت های قابل توجهی در تصمیم گیری در شرایط عدم قطعیت نشان داده است. پلاسمای تطبیقی ​​در ارتباط با هوش مصنوعی می‌تواند به پیشرفت‌هایی در درمان‌های مستقل و شخصی‌شده سرطان منجر شود. این فصل مدل‌سازی ریاضی درمان سرطان با  پلاسما را ارائه می‌کند و نتایج اخیر در پلاسمای یادگیری تطبیقی ​​را خلاصه می‌کند.

کلید واژه ها

مدل کنترل پیش بینی

 فراگیری ماشین

 یادگیری تقویتی

 استرس اکسیداتیو توقف چرخه سلولی کنترل یادگیری تطبیقی ​​با فرآیند گاوسی