MIT’de yapılan yeni bir araştırma, belirli koşullar altında kaotik bir lazer ışığı demetinin kendiliğinden organize olarak son derece odaklanmış, iğne inceliğinde bir “pencil beam” oluşturabildiğini keşfetti.
Geleneksel teorilere göre, multimode fiber içine yüksek güçte lazer gönderildiğinde ışığın dağılması, saçılması ve tamamen düzensiz hale gelmesi bekleniyor. Ancak yeni çalışmada, belirli koşullar altında bu kaotik yapı tersine dönerek tek eksenli, iğne inceliğinde ve stabil bir ışına dönüşüyor. Araştırmacılar bu durumu, kendiliğinden organize olma hali olarak tanımlıyor.
Araştırma için fiber şekillendirici bir cihaz tasarlandı. Bu cihaz, multimode optik fiber üzerinden geçen lazer ışığını hassas şekilde ayarlamayı mümkün kılıyor. Normalde güç arttıkça ışığın daha dağınık ve düzensiz hale gelmesi beklenirken, ışık tam tersine davranıyor: Tek bir keskin ışına çöküyor. Araştırmacıların bu fenomeni yeniden oluşturabilmesi için iki kritik koşul gerekiyor: Lazer ışığının fiber içine tam sıfır derece açıyla (eksensel hizalı) girmesi ve gücün, ışığın fiber camıyla etkileşime gireceği kritik seviyeye kadar artırılması. Bu noktada doğrusal olmayan optik etkiler devreye giriyor ve fiberdeki doğal düzensizlikle denge oluşuyor. Sonuç olarak ışık, kendini organize ederek tek ve stabil bir pencil beam haline geliyor.
Eurakalert’in haberine göre oluşturulan ışın, geleneksel yöntemlere kıyasla daha stabil ve daha yüksek çözünürlüklü sonuçlar veriyor. Genellikle görüntülemeyi bozan “sidelobe” adı verilen bulanık ışık halkaları bu yöntemde büyük ölçüde ortadan kalkıyor.
Geleceğe umut olacak lazer
Çalışmada elde edilen bu ışın, yalnızca optik bir fenomen değil, aynı zamanda biyomedikal görüntüleme için güçlü bir araç olarak test edildi. Sistem, geleneksel yöntemlere kıyasla daha düşük gürültü, daha uzun odak derinliği ve daha yüksek stabilite sunarak üç boyutlu görüntülemede önemli bir avantaj sağlıyor.
Araştırmacılar, bu yapı sayesinde iki fotonlu mikroskopi kullanarak canlı dokularda yüksek hızlı hacimsel görüntüleme gerçekleştirdi. Özellikle fare bağırsak dokusunda yapılan deneylerde, sinir sistemi yapıları yüksek çözünürlükle ve geniş bir derinlik aralığında görüntülendi. Ayrıca ışın, saçılmaya karşı direnç göstererek kalın biyolojik dokularda bile stabil kalabildi.
İnsan kan-beyin bariyerinin 3 boyutlu görüntülemesi, altın standart yöntemlere kıyasla yaklaşık 25 kat daha hızlı gerçekleştirildi. Geliştirilen teknoloji, hücrelerin ilaçları gerçek zamanlı olarak nasıl emdiğini gösterebiliyor. Bu sayede Alzheimer ve ALS gibi nörodejeneratif hastalıklara yönelik yeni ilaçların beyne ulaşıp ulaşmadığının daha hızlı ve daha hassas şekilde test edilmesi mümkün hale geliyor.
MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nden doçent Sixian You, “Alanımızda yaygın görüş, bu tür lazerlerde güç artırıldığında ışığın kaçınılmaz olarak kaotik hale geleceği yönündeydi. Ancak bunun her zaman doğru olmadığını gösterdik. Verileri takip ettik, belirsizliği kabul ettik ve ışığın kendini organize ederek biyogörüntüleme için yeni bir çözüm oluşturmasına izin verdik,” ifadelerini kullandı.
Kaynak: Nature Methods