مفهومی جدید برای بهبود منابع نوری Supercontinuum

منابع نور طیفی یکی از ماژول‌های اصلی همه فناوری‌های نوری مدرن در حال رشد هستند. تقاضاهای بالا توسط برنامه های کاربردی مختلف در تشخیص پزشکی، علوم بنیادی و غربالگری محیطی با الزامات جداگانه از نظر محدوده طیفی و یکنواختی، شدت و پایداری تعیین می شود.

به عنوان مثال، توموگرافی انسجام نوری به یک طیف مسطح برای اطمینان از اسکن با وضوح بالا از شبکیه چشم انسان نیاز دارد. علاوه بر این، طیف‌سنجی دستی کاربرد میدانی راه‌حل‌های سبک وزن با عرضه انرژی محدود را ترجیح می‌دهد. با توجه به اینکه منابع ابرپیوسته مبتنی بر فیبر یک فناوری امیدوارکننده برای ایجاد نور پهن باند از یک لیزر است، بررسی دقیق و بهینه‌سازی این فرآیند تبدیل فرکانس غیرخطی با روش‌های غیر متعارف ضروری است.

دانشمندان موسسه فناوری فوتونیک لایب‌نیتس (لایب‌نیتس IPHT) در ینا، آلمان، به رهبری پروفسور مارکوس ا. منتشر شده در Light Advanced Manufacturing.

کلید کار آنها ترکیب دقیق نانو فیلم‌های رسوب‌شده در داخل الیاف ریزساختار است. فیلم های نانو را می توان از طریق کندوپاش از طریق یک کانال باز در فیبر به طور مستقیم روی هسته نوری اضافه کرد. نویسندگان ادعا می‌کنند: «داشتن آزادی در تنظیم دلخواه ضخامت لایه نانو در طول کل فیبر منجر به فیزیک جالبی می‌شود».

ثابت شده است که افزایش ضخامت گرادیان های نانو فیلم با کج کردن فیبر در محفظه رسوب گذاری مفید است. این گرادیان‌ها شرایط تبدیل فرکانس غیرخطی را در موقعیت‌های مختلف فیبر تغییر می‌دهند تا نوری در طول‌موج‌های مختلف ایجاد کنند و یک طیف خروجی وسیع و مسطح را پر کنند. این امکان ایجاد طیف وسیع و مسطح در انرژی ورودی کم را فراهم می کند.

نظر دانشمندان: "انرژی ورودی کم در ترکیب با اجتناب از شکافت سالیتون مرتبه بالاتر و بی ثباتی مدولاسیون، انسجام بالا و پایداری پالس به پالس عالی را تضمین می کند، که برای مثال، برای اندازه گیری فرکانس نوری مرتبط است." در بالای آن، پهنای باند به سمت مادون قرمز در مقایسه با الیاف تقویت شده با لایه نانویی با ضخامت ثابت افزایش یافته است. آن‌ها به وضوح توضیح می‌دهند: «این مانند رامان است که سالیتون در حال موج‌سواری است که روی موج تغییر پراکندگی به سمت طول‌موج‌های بلندتر موج می‌زند».

مفهوم کلی آنها از گنجاندن رزونانس‌های نوری متغیر طولی در موجبرها به فیبرها محدود نمی‌شود و می‌توان به طور انعطاف‌پذیری با طیف وسیعی از مواد با شاخص بالا مانند اکسیدهای فلزی، کالکوژنیدها و نیمه‌رساناها استفاده کرد. آنها می‌افزایند: «این چالش تولید منابع نوری جدید را از کشیدن الیاف دقیق به لایه‌های رسوب‌دهنده تغییر می‌دهد که به‌طور گسترده‌تر در سراسر جهان در دسترس است».

راه حل های فیبر نوری برای دستگاه های پزشکی

مروری مختصر و نمونه هایی از روش هایی را ارائه می دهد که به پذیرش و تکثیر دستگاه های پزشکی مبتنی بر فیبر نوری ادامه می دهند. از جراحی زیبایی گرفته تا حسگری و تصویربرداری پیشرفته، اپتیک همچنان به بهبود استاندارد مراقبت کمک می کند.

پوسیدگی دندان (پوسیدگی دندان)

پوسیدگی دندان (پوسیدگی دندان) شایع ترین بیماری مزمن در کودکان و بزرگسالان است ، اگرچه تا حد زیادی قابل پیشگیری است. اگرچه در بیشتر چهار دهه گذشته پوسیدگی در بیشتر آمریکایی ها کاهش یافته است ، اما تفاوت ها در برخی گروه های جمعیتی همچنان وجود دارد. علاوه بر این ، این روند نزولی اخیراً برای کودکان خردسال معکوس شده است.

نظر سنجی ملی سلامت و تغذیه (NHANES) از اوایل دهه 1970 یک منبع مهم اطلاعاتی در مورد بهداشت دهان و دندان و مراقبت از دندان در ایالات متحده بوده است.

پوسیدگی دندان (پوسیدگی دندان)

پوسیدگی دندان (پوسیدگی دندان) شایع ترین بیماری مزمن در کودکان و بزرگسالان است ، اگرچه تا حد زیادی قابل پیشگیری است. اگرچه در بیشتر چهار دهه گذشته پوسیدگی در بیشتر آمریکایی ها کاهش یافته است ، اما تفاوت ها در برخی گروه های جمعیتی همچنان وجود دارد. علاوه بر این ، این روند نزولی اخیراً برای کودکان خردسال معکوس شده است.

نظر سنجی ملی سلامت و تغذیه (NHANES) از اوایل دهه 1970 یک منبع مهم اطلاعاتی در مورد بهداشت دهان و دندان و مراقبت از دندان در ایالات متحده بوده است.

OCT به دندانپزشکی می رود

رنگ in vitro ، تصاویر OCT و microCT از دو دندان کشیده با ضایعات اکلوزال و بین پروگزیمال. خطوط نقطه چین خط مقطع را نشان می دهد. ضایعات در دایره های زرد هستند. تصاویر OCT با استفاده از یک نمونه اولیه با سرعت بالا از سیستم OCT منبع رفت و برگشتی از Axsun Technologies (Billerica، MA) مجهز به اسکنر مبتنی بر MEMS قادر به گرفتن تصاویر سه بعدی از کل دندان ، تهیه شد.

تشخیص و ارزیابی پوسیدگی دندان

هم پراکندگی نور در مینای دندان (رد قرمز) و هم جذب آب (رد آبی) در طول موجهای نزدیک به 1300 نانومتر کم است و این طول موجها را برای نورافشانی بهترین می سازد. طول موجهای بالاتر از 1400 نانومتر برای مطالعه با بازتاب مناسب است ، زیرا پراکندگی در مینای دندان همچنان کاهش می یابد و جذب آب کنتراست بین بافتهای سالم و غیر معدنی را کاهش نمی دهد.

تشخیص پوسیدگی دندان با نور مادون قرمز

روشهای نوری در توصیف دندانها یا مطالعه پوسیدگی دندان چیز جدیدی نیست. برای مثال ، میکروسکوپ نور قطبی بیش از یک قرن است که استفاده می شود. درک پتانسیل اشکال جدید تصویربرداری نوری در مجموعه دندانپزشکی ، مستلزم آشنایی با نحوه شکل گیری پوسیدگی است.

باکتری های دهانی که از کربوهیدرات های قابل تخمیر تغذیه می کنند ، اسیدهای آلی تولید می کنند که ساختار دندان را حل کرده ، مینای دندان و عاج را از بین می برد. از دست دادن مواد معدنی به نوبه خود منجر به ایجاد منافذی می شود که نواحی ضایعه زیر سطحی را ایجاد می کند و ساختار دندان های غیر معدنی به شدت نور را پراکنده می کند. رادیوگرافی تغییرات از دست دادن مواد معدنی را تشخیص می دهد ، در حالی که روش های نوری تغییرات پراکندگی نور را تشخیص می دهند. اسیدها و باکتری ها می توانند از طریق مینای دندان به عمق بیشتری به دندان نفوذ کرده و قبل از مشاهده پوسیدگی در اشعه ایکس دندان ، به سرعت از طریق عاج زیرین به داخل دندان منتقل شوند.

در صورت وجود فلوراید در بزاق ، مناطق ضایعه را می توان با رسوب فلوراپاتیت ، ماده معدنی که منافذ را در نزدیکی سطح ضایعه پر کرده ، تشکیل می دهد و یک کلاه شفاف بسیار معدنی شده را تشکیل می دهد. این لایه سطحی یا "اسکار" روی ضایعه از انتشار آن جلوگیری می کند و پیشرفت بیشتر را متوقف می کند. از آنجا که بدن ضایعه دستگیر شده به طور معمول قابل مشاهده است ، برای دندانپزشکان دشوار است که بین ضایعات فعال و در حال پیشرفت و آنهایی که دستگیر شده اند تمایز قائل شوند. روش های جدید تصویربرداری نوری می تواند به دندانپزشکان کمک کند تا تشخیص دهند که آیا یک لایه سطحی شفاف روی ضایعه ایجاد شده است یا خیر و آیا فعال است یا خیر.

تشخیص پوسیدگی دندان با نور مادون قرمز

انواع تکنیک های نوری می توانند برخی از کاستی های ابزارهای سنتی را برای یکی از قدیمی ترین کارهای دندانپزشک - یافتن حفره ها - برطرف کنند.

علیرغم پیشرفت چشمگیر در درمان ، پوسیدگی دندان - پوسیدگی دندان - شایع ترین بیماری مزمن در کودکان و بزرگسالان است. دندانپزشکان معمولاً از ابزارهای بصری و لمسی (به عنوان مثال ، کاوشگرهای دندانی) ، همراه با رادیوگرافی (اشعه ایکس دندان) ، برای شناسایی ضایعات پوسیدگی یا حفره ها استفاده می کنند. استفاده گسترده از فلوراید به این معنی است که ضایعات معمولاً در جایی که فلوراید به راحتی نفوذ نمی کند ظاهر می شوند-معمولاً در حفره ها و شکافهای تاج دندانهای خلفی (ضایعات اکلوزال) ، یا در نقاط تماس بین دندانها (ضایعات بین پروگزیمال) به این امر تشخیص آنها را با وسایل معمولی دشوار می کند. ضایعات همچنین در نزدیکی سطوح ریشه دندان جمع می شوند و مشکل فزاینده ای در جمعیت سالمند ایجاد می کنند.

دستگاههای تصویربرداری نوری جدیدی که از فلورسانس و نور مادون قرمز نزدیک و موج کوتاه استفاده می کنند در دسترس دندانپزشکان قرار گرفته است و سیستم های دندانپزشکی مبتنی بر OCT در دست توسعه است.

خوشبختانه چندین دستگاه تصویربرداری نوری جدید که از فلورسانس و نور مادون قرمز (NIR) و مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) استفاده می کنند در دسترس دندانپزشکان قرار گرفته است-و سیستم های دندانپزشکی بر اساس توموگرافی انسجام نوری (OCT) در دست توسعه است. این تکنیک ها نه تنها فاقد اشعه یونیزه کننده مورد نیاز برای رادیوگرافی هستند ، بلکه مزایای قابل توجه دیگری نسبت به رادیوگرافی برای تشخیص و ارزیابی پوسیدگی دندان دارند.

توموگرافی فلورسانس داخل رحمی

توموگرافی فلورسانس داخل بینی (IFT) یک روش تصویربرداری بافت غیر تهاجمی و ضخیم است که مطالعات طولی را امکان پذیر می کند. IFT متکی بر جمع آوری نور فلورسنت پراکنده چندگانه از سطح یک محیط کدر با یک آرایه آشکارساز است که به طور شعاعی از منبع نور تحریک فاصله دارد (شکل 1). جداسازی متفاوت بین منبع و آشکارسازها ، اطلاعات عمیقی از انتشار فلورسانس در داخل بافت به دست می دهد. نور فلورسنت جمع آوری شده از آشکارسازهای مختلف مجموعه داده های توموگرافی برای بازسازی سه بعدی حجمی هدف فلورسنت است.

ارزیابی حجم تومور برای مرحله پیشرفت تومور و ارزیابی اثربخشی درمان دارویی ضروری است. با این حال ، ارزیابی غیرتهاجمی حجم ، در شرایط in vivo ، هنوز به دلیل منطقه وسیع بازجویی و سیگنال مولکولی عمیق (فلورسانس) از طریق بافت بسیار پراکنده پوست ، برای روشهای تصویربرداری سنتی یک چالش است. توموگرافی فلورسانس داخل رحمی (IFT) یک راه حل برای ضبط حجم تومور in vivo به صورت سه بعدی با وضوح کافی فضایی-زمانی با کمک پنجره تصویربرداری داخل تهاجمی (NIIW) برای تثبیت بافت ارائه می دهد.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری