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Nov 22, 2023

스윕

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8071(2023) 이 기사 인용

472 액세스

측정항목 세부정보

유연한 다중 모드 광섬유를 통한 고해상도 압축 이미징은 스위프 레이저 소스와 파장 의존 반점 조명을 사용하여 시연됩니다. 대역폭과 스캐닝 범위를 독립적으로 제어할 수 있는 자체 제작 스윕 소스는 초박형의 유연한 광섬유 프로브를 통해 고해상도 이미징을 위한 기계적으로 스캔이 필요 없는 접근 방식을 탐색하고 시연하는 데 사용됩니다. 기존 래스터 스캐닝 내시경에 비해 획득 시간이 95% 감소하면서 \(< 10\) nm의 좁은 스위핑 대역폭을 활용하여 컴퓨터 이미지 재구성을 보여줍니다. 가시광선 스펙트럼에서 입증된 협대역 조명은 신경영상 응용 분야에서 형광 바이오마커를 검출하는 데 필수적입니다. 제안된 접근법은 최소 침습 내시경 검사를 위한 장치 단순성과 유연성을 제공합니다.

더 작고 최소 침습성 내시경 개발에 있어서 초박형 섬유는 중요한 역할을 합니다. 다양한 광섬유 기반 내시경 구성이 제안되었습니다: 번들1,2,3, 소형화된 광학 장치가 포함된 광섬유4,5, 멀티 코어 광섬유(MCF)6,7 및 멀티 모드 광섬유(MMF)8,9,10,11,12 . MCF 또는 MMF는 원위 섬유 끝에서 공간적으로 분해된 광 패턴을 생성하고 샘플에서 신호를 수집하여 접근하기 어려운 장소에서 이미징을 제공합니다. 일반적으로 단색 빔은 광섬유 입력 면을 가로질러 순차적으로 스캔되어 샘플 평면에서 독립적인 조명 패턴을 생성합니다. 패턴은 샘플을 비추고 신호는 "버킷" 감지기를 통해 수집 및 측정됩니다. 단일 픽셀 구성을 사용하면 하위 나이퀴스트 패턴 세트와 물체의 계산 초해상도 재구성을 사용하여 압축 감지 알고리즘을 탐색할 수 있습니다.

그러나 이러한 모든 구성에서 중요한 구성 요소는 광섬유 출력에서 ​​원하는 조명 패턴을 생성하기 위한 광 스캐닝 또는 파면 형성 장치가 필요하다는 것입니다. 일반적으로 검류계 거울17, 공간 광 변조기(SLM)11,21 또는 디지털 마이크로미러 장치(DMD)22,23이 사용됩니다. Choudhuryet al. 단일 모드 광섬유(SMF)를 사용하여 MCF의 근위 끝을 컴퓨터 제어 스테이지에 장착하여 MCF의 코어를 순차적으로 조명하는 방법에 대해 보고했습니다. 공간 래스터 스캐닝 또는 공간 파면 형성에는 설정의 복잡성, 저속 및 기계적 불안정성을 비롯한 많은 단점이 있습니다. 여기서는 MMF 이미징을 위한 동적 조명 패턴을 생성하는 새로운 방법을 살펴봅니다.

빛의 파장은 광섬유 출력에서 ​​공간 프로파일을 제어하기 위한 추가적인 자유도로 사용될 수 있습니다. 서로 다른 파장(광 주파수)은 도파관을 통해 전파되는 동안 서로 다른 속도를 가지므로 출력에서 ​​MMF의 유도 모드 간에 서로 다른 위상 지연을 갖습니다. 이 속성은 출력면에서 고유한 파장 종속 반점 패턴을 가능하게 합니다. \(TiO_{2}\) 층의 압축 감지 및 파장 의존 산란을 통한 단일 픽셀 이미징이 최근 시연되었습니다. 전체 섬유 설정을 사용하는 유사한 개념이 Kubota et al.에 의해 제안되었습니다. in27. 그러나 프로브의 유연성과 이미징 견고성에 대한 데이터는 보고되지 않았습니다. 더욱이, 이 연구에서는 근적외선(NIR) 조명이 사용되었는데, 이는 대부분의 형광단이 가시광선 파장 범위에서 작동하기 때문에 시연된 시스템이 형광 이미징의 향후 응용 분야에 적합하지 않게 만듭니다.

여기에서는 맞춤형 스위프 레이저 소스와 결합된 단일 모드-다중 모드 프로브를 사용하여 가시 영역에서 고해상도 광섬유 이미징을 위한 매우 얇고 유연한 프로브를 시연합니다. 다양한 샘플을 시각화하고 조사했습니다. 이미징 접근법의 견고성은 실제 적용 내시경 움직임을 모방한 후속 섬유 움직임으로 이미징 전에 교정 측정을 수행하여 테스트되었습니다. 제안된 접근 방식은 공간 래스터 스캐닝이나 파면 형성 시스템에 의존하지 않으며 잠재적으로 초해상도 내시경 영상을 제공할 수 있습니다.