Propaga la luce attraverso qualsiasi tipo di mezzo - sia esso spazio libero o tessuto biologico - e la luce si disperderà. La robustezza alla dispersione è un requisito comune per le comunicazioni e per i sistemi di imaging. Luce strutturata, con il suo uso di modelli proiettati, è resistente alla dispersione, ed è quindi emerso come uno strumento versatile. In particolare, le modalità di luce strutturata che trasportano il momento angolare orbitale (OAM) hanno attirato un'attenzione significativa per le applicazioni nell'imaging biomedico.

OAM è una proprietà interna della luce che conferisce una caratteristica forma a ciambella al profilo spaziale. Anche il profilo di polarizzazione dei modi di luce OAM può essere strutturato. Sovrapporre due modalità OAM, ed è possibile ottenere un fascio di vortici vettoriali (VVB) caratterizzato da una distribuzione dell'intensità a ciambella nella sezione trasversale del fascio, e con polarizzazione spazialmente variante. I VVB sono considerati adatti e vantaggiosi per applicazioni quantistiche nella tecnologia medica.

Uno scanner innovativo per il cancro

Un team internazionale di ricercatori ha recentemente pubblicato uno studio completo sulla trasmissione VVB nei media a diffusione. Il team sta collaborando sotto l'egida del progetto FET-OPEN dell'Unione Europea Cancer Scan, che propone di sviluppare un concetto tecnologico unificato radicalmente nuovo di rilevamento biomedico implementando nuove idee nell'ottica quantistica e nella meccanica quantistica. Il nuovo concetto si basa sulla trasmissione e rilevazione unificate di fotoni in uno spazio tridimensionale di momento angolare orbitale, intreccio, e caratteristiche iperspettrali. Teoricamente, questi elementi possono contribuire allo sviluppo di uno scanner in grado di individuare il cancro e rilevarlo in una singola scansione del corpo, senza alcun rischio di radiazioni.

Come spiegato nel loro rapporto, il team ha implementato una piattaforma flessibile per generare VVB e fasci gaussiani, e ha studiato la loro propagazione attraverso un mezzo che imita le caratteristiche del tessuto biologico. Dimostrano e analizzano il degrado sia del profilo spaziale che del modello di polarizzazione delle diverse modalità di luce.

Pronto, scopo, disperdere

Sia per i fasci gaussiani che per i VVB, gli autori osservano che i profili spaziali subiscono un brusco cambiamento man mano che la concentrazione del mezzo aumenta oltre lo 0,09%:un'improvvisa rapida diminuzione del contrasto. Gli autori osservano che il cambiamento è dovuto alla presenza di uno sfondo uniforme causato dalle componenti sparse dei fasci.

Indagando i profili di polarizzazione, hanno scoperto che il comportamento del VVB è molto diverso da quello dei fasci gaussiani. I fasci gaussiani presentano un modello di polarizzazione uniforme che non è influenzato dal processo di diffusione. In contrasto, I VVB presentano una complessa distribuzione della polarizzazione sul piano trasversale. Il team ha osservato che una porzione del segnale VVB diventa completamente depolarizzata quando passa attraverso i mezzi di diffusione, ma una parte del segnale conserva la sua struttura.

Queste intuizioni su come l'interazione con i mezzi di diffusione può influenzare il comportamento della luce OAM strutturata rappresentano un passo avanti nell'esplorazione di come può interagire con il tessuto biologico. Il team spera che il loro studio completo stimolerà ulteriori indagini sugli effetti dei mezzi che imitano i tessuti che diffondono la luce, per far avanzare la ricerca di una tecnologia innovativa di rilevamento biomedico.