Estructuras de fase topológica de haces de refracción cónica: ampliando las aplicaciones del momento angular orbital...

Área de la Ciencia:

• Fotónica topológica y nanofotónica; Óptica biomédica y diagnóstico; Óptica cuántica y física láser

Sus antecedentes:

• La luz topológicamente estructurada, en particular los haces portadores de momento angular orbital (OAM) como los de Laguerre-Gauss (LG), es vital para la nanofotónica y la óptica biomédica.; Los haces LG convencionales de carga entera exhiben degeneración rotacional, lo que limita la precisión en aplicaciones como el diagnóstico de tejidos.; Existe la necesidad de modalidades de luz que ofrezcan firmas de fase inequívocas y una mayor precisión diagnóstica en medios complejos.

Objetivo del estudio:

• Demostrar que los haces de refracción cónica (CR) superan las limitaciones de degeneración rotacional de los haces LG convencionales.; Investigar el potencial de los haces CR para diagnósticos de tejidos precisos y sin etiquetas, incluida la detección de cáncer.; Comparar el rendimiento diagnóstico de los haces CR frente a los haces LG en tejidos biológicos.

Principales métodos:

• Comparación interferométrica sistemática de la propagación de haces LG (OAM entero) y CR (OAM fraccional) a través de tejidos biológicos.; Análisis de firmas de fase, ambigüedad rotacional y sensibilidad del índice de refracción para ambos tipos de haces.; Discriminación experimental entre tejidos renales sanos y cancerosos utilizando haces CR, evaluando rotaciones de fase y distorsión de polarización.

Principales resultados:

• Los haces CR, específicamente la CR de Poggendorff, logran una determinación de fase con una precisión de 0.08 rad, superando ampliamente a los haces LG (incertidumbre de 4.19 rad).; Tanto los haces LG como los CR muestran resiliencia topológica en tejidos, y los haces CR logran una sensibilidad del índice de refracción a nivel de 10^-6.; Los haces CR discriminaron con éxito entre tejidos renales sanos y cancerosos (rotaciones de fase distintas, p < 0.001) y mostraron una distorsión de polarización amplificada diez veces mayor.

Conclusiones:

• Los estados de OAM fraccional generados por CR proporcionan firmas de fase inequívocas, estableciéndolos como una modalidad superior para diagnósticos biomédicos de alta precisión.; Los haces CR ofrecen una relación señal-ruido y una sensibilidad mejoradas, superando los métodos convencionales para el análisis de tejidos sin etiquetas y la detección de cáncer.; Este trabajo une la fotónica fundamental a nanoescala con aplicaciones clínicas, allanando el camino para diagnósticos avanzados de cáncer y evaluación de márgenes intraoperatorios.