激光功率越高光束越乱？新发现实现高速3D成像

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于光学范畴之中，人们长久以来默认着这样一个判断，即激光功率越高，那光束通常就越易于变得杂乱无章。然而，美国麻省理工学院的研究团队近期于《自然·方法》杂志之上发表的一项成果，彻底地颠覆了这一认知。他们发现，在特定的条件之下，原本杂乱零散而又混乱的激光不但不会失控，反而会“自我收敛”，进而形成一束高度聚焦的“铅笔光束”。基于这一现象，团队成功达成了对人类血脑屏障的高速三维成像，其速度相较于传统方法提升了大约25倍。

于一次近乎“极限测试”的实验之中，诞生了这般新发现，研究团队持续把激光注入多模光纤，徐徐提升功率，原本计划着去观察光束会在什么时候由于能量过高而变得不稳定，然而出人意料的是，当功率快要接近光纤能够承受的临界点之际，原本四处散射的杂乱光线竟然突然间坍塌、收缩，转而变成一束如同针尖那样稳定、明亮的细光束，这情形仿佛一阵狂风不但没有把烟雾吹散，反倒将其压缩成一根笔直的烟柱。

团队做了进一步的确认，此现象要满足两个条件，这两个条件简单却苛刻，其一，激光得严格沿着光纤轴线，以零度角进行入射，其二，功率得提升到足以触发非线性效应的临界值。以往的时候，因为担心高功率会把光纤损坏掉，类似的实验一般是在较低功率状态下开展的，所以这个效应长时间都没能被发现。

和常规激光束相较，这种通过自组织而形成的“铅笔光束”更纯净，也在聚焦上更为精准，大幅度减少了常常出现在传统成像里的“旁瓣”干扰。“旁瓣”如同呈现在图像四周的模糊光晕，会致使图像出现变形失真的状况。在消除旁瓣之后，这项新技术被运用到血脑屏障成像当中，达成了细胞尺度的三维动态观测，并且能够实时追踪细胞对蛋白质以及药物的吸收进程。

大脑的重要“守门员”是血脑屏障，它能阻止有害物质进入大脑，不过这也限制了大多数药物的输送效率。该团队利用这项新技术，不用使用荧光标记，就能够直接观察药物分子穿越血脑屏障的过程，还能测量不同细胞类型的摄取速率。这为评估治疗阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病的药物，提供了一种更直接、更高效的检测手段。

研究显示出这样的情况，该方法把成像速度提高了大概25倍，与此同时，它还维持着与现存金标准技术相近的分辨率，在一定的程度范围之内，对生物成像领域长时间存在的那种“分辨率与成像深度不能同时获得”的矛盾起到了调和作用。在未来的时候，这种借助“铅笔光束”的新型成像方法有希望促使产生一系列比现有技术速度更快、分辨率更高的生物医学观测工具。

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