【资讯】MIT多模光纤，笔形光束-多光子成像

2026-06-10 18:17:47

多模态系统中，非线性波传播可实现复杂波现象，包括时空孤子、安德森局域化和波热化等有序光学态的形成。这对于理解光与物质的相互作用，以及推动高峰值功率光束光整形技术的发展，至关重要。

图1 阶跃指数MMF非线性局部化的实验观察

近日，麻省理工学院Honghao Cao，Sixian You教授团队在Nature Methods上发文，报道了在标准阶跃折射率多模光纤中，利用近临界功率条件下的自聚焦效应，实现了自局域化的超快笔形光束。

图2：对比不同光纤结构对光束自组织能力的影响，强调阶跃型多模光纤的优势。

图3 非线性局域输出的稳定性和抗摄动传播

将这种自局域化光束应用于小鼠肠道神经系统的双光子成像。相比传统贝塞尔光束，因旁瓣减少和像差耐受性增强，从而成像表现更优。

图4 体积多光子显微镜

图5 单束近贝塞尔LP0n光束与局部光束的体积成像

研究证明，传统上被认为不利的自聚焦效应，反而促生了一种非线性的时空局域态，该光态具有旁瓣抑制的贝塞尔类似轮廓，且稳定性显著提升。这种光束，仅需沿轴高斯入射即可产生，易于集成到标准的多光子显微镜。

图6 监测人血脑屏障微流控模型中的转铁蛋白摄取

在标准阶跃折射率多模光纤中，探究了临界功率附近自局域化超快笔形光束的形成机制，证明在对称入射条件下，自聚焦可作为稳健的模式吸引子，为多模态非线性光学提供了新认识。该光束仅通过简单同轴高斯光注入即可生成，无需自适应光学或定制光纤，可直接集成到现有多光子显微镜中，实现了旁瓣抑制、十倍轴向扩展和像差鲁棒性。

杂乱无章的激光束，自发地自组织成高度聚焦的“笔形光束”。

最后，利用分钟分辨率的三维扫描，在活体人血脑屏障模型中，监测了转铁蛋白摄取动态，并揭示了不同细胞类型之间的时空异质性。该项成果，为生成超快笔形光束提供了一种稳健的方法，有助于实现高通量的三维生物系统成像，从而说明生物转运途径。

参考文献： 中国光学期刊网

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