發(fā)現(xiàn)看不見世界的關(guān)鍵：科學(xué)家破譯雙光子視覺
雙光子視覺是一種新穎的方法，對眼科診斷的未來具有巨大潛力。盡管它有很多優(yōu)點，但它需要在關(guān)鍵領(lǐng)域進行改進。國際眼科研究中心 （ICTER） 的科學(xué)家們通過改進這項技術(shù)并開辟了眼科醫(yī)學(xué)的新視角，向前邁進了一步。 x]4Kkpqm
想象一下，您不是通過鏡頭查看圖像，而是通過萬花筒觀察，該萬花筒聚焦不可見光以獲得新的顏色范圍。光子，即短暫的光使，通常單獨出現(xiàn)，但在這里它以二重奏的形式出現(xiàn)，這是雙光子視覺的基礎(chǔ)。這是一種非凡的現(xiàn)象，人眼不是感知傳統(tǒng)的光，而是接收紅外激光的脈沖，這是通往不可見世界的門戶。 0kDBE3i #
然而，關(guān)鍵是測量雙光子刺激的亮度，到目前為止，這只能用于可見光。ICTER 科學(xué)家取得了一項突破，使用光度單位 （cd/m2).由于這種方法，可以將雙光子刺激的亮度與與感知亮度相關(guān)的新物理量聯(lián)系起來：雙光子視網(wǎng)膜照明。 8OFj0S1r`
由國際眼科研究中心 （ICTER） 的科學(xué)家在博士生 Oliwia Kaczkoś、博士工程師 Katarzyna Komar 和 Maciej Wojtkowski 教授的參與下進行的研究表明，雙光子刺激的亮度可以達到近 670 cd/m2在眼睛的激光功率安全范圍內(nèi)。 iEHh{ H(
結(jié)果是一篇題為“測定雙光子視覺刺激亮度的方法”的論文，發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)快報》雜志上。 SN Y (*
[attachment=130642] < n?= |g
光學(xué)系統(tǒng) f`$Gz
看到看不見的世界 -j`LhS~|
人眼可以接收來自周圍世界的電磁波形式的刺激，范圍約為 380 nm 至 780 nm（從紫色到紅色）。超出此范圍的波，例如紅外線（高于 780 nm）和紫外線（低于 380 nm），如果沒有特殊設(shè)備，我們是看不見的，盡管它們可以以其他方式影響感官。 W`)<vGn=Y
當(dāng)可見光的光子被視網(wǎng)膜（眼睛的感光部分）中感光器的視覺色素吸收時，每個視覺過程都遵循相同的路徑。該事件引發(fā)了一系列化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果光量子被轉(zhuǎn)換為電信號，在大腦中處理。 eph)=F$
雙光子視覺是一種現(xiàn)象，其中人眼可以通過吸收兩個光子來感知波長在 800-1300 nm 范圍內(nèi)的紅外激光的超短脈沖。這個過程導(dǎo)致視覺色素的異構(gòu)化，從而導(dǎo)致對波長相當(dāng)于紅外波長一半的光的感知。盡管這些激光器超出了光譜的可見范圍，但它們對視覺色素的影響允許將紅外光記錄為不同的顏色。 F4C!CUI
雙光子視覺與單光子視覺的主要區(qū)別在于光的吸收方式。在單光子視覺中，每個具有特定能量的光子都被眼睛中的分子吸收，從而可以在可見光范圍內(nèi)感知光線。另一方面，在雙光子視覺中，兩個能量為一半的光子同時被視覺色素吸收，這導(dǎo)致對波長為一半的光的感知，這在理論上應(yīng)該是不可見的。 :0~QRc-u
此外，雙光子刺激的亮度隨光輻射功率的平方而變化，因此不會感知到散射在眼睛中的光。亮度還取決于光束在觀察者視網(wǎng)膜上的焦點——接收到的刺激比“正常”單光子視覺更清晰，對比度更好。 `DW2spd
ICTER 科學(xué)家長期以來一直在研究雙光子視覺現(xiàn)象，并且是世界上第一個描述它的人，現(xiàn)在他們又有了另一個突破性的發(fā)現(xiàn)。 3YL
l;TP_
一種確定雙光子刺激亮度的新方法 !{UTD+|=N
雙光子視覺在兩個關(guān)鍵領(lǐng)域顯示出潛力：醫(yī)療診斷和虛擬/增強現(xiàn)實 （VR/AR）。它可用于高級診斷測試，尤其是在神經(jīng)病學(xué)和眼科中，紅外脈沖允許安全地監(jiān)測視覺功能，而無需使用可見光。另一方面，這種現(xiàn)象允許通過操縱紅外范圍內(nèi)的光刺激來創(chuàng)建新的、逼真的視覺體驗，為與虛擬圖像 （VR/AR） 的交互開辟了新的可能性。 e@]-D
FG
這種現(xiàn)象的所有未來應(yīng)用都需要了解雙光子刺激的亮度，但可見光范圍之外的發(fā)光效率函數(shù) V（λ） 是未知的。需要一種非標(biāo)準方法來量化雙光子刺激的亮度，例如，使用紅外——ICTER 科學(xué)家就是這樣做的。 2xxB\J
論文中提出的方法允許以光度單位表示雙光子刺激物的亮度。由于進行的測量，科學(xué)家們能夠證明紅外光束的功率和可見光束的功率之間的關(guān)系，這種關(guān)系是經(jīng)過主觀調(diào)整的，因此兩者被認為具有相同的亮度。 0!GAk
利用可見光激光器的功率密度與投射刺激的亮度之間的關(guān)系，他們能夠使用光度單位 （cd/m2).這些結(jié)果強調(diào)了雙光子視覺的非線性性質(zhì)，這與以前的研究一致。 5J .0&Dda
該研究旨在開發(fā)一種可重復(fù)的方法來確定雙光子視覺刺激的亮度。標(biāo)準方法不允許在可見光譜之外進行此操作，但我們的研究為實現(xiàn)這一目標(biāo)打開了大門，這對于進一步研究和開發(fā)這種現(xiàn)象在醫(yī)療診斷和增強現(xiàn)實 （AR） 和虛擬現(xiàn)實 （VR） 技術(shù)中的應(yīng)用是必要的。 =JO^XwUOo
該研究的主要作者、ICTER 博士生兼驗光師 Oliwia Kaczkoś 說，新方法還將能夠?qū)㈦p光子刺激的亮度與基于標(biāo)準單光子視覺的傳統(tǒng)顯示器進行比較。 OI/@3"L{
進一步發(fā)現(xiàn)的平臺 <nHkg<O6Y
研究的結(jié)果是提出了一個全新的物理量，稱為雙光子視網(wǎng)膜照明，它足以描述發(fā)射雙光子刺激的系統(tǒng)。這種關(guān)系允許預(yù)測雙光子刺激的亮度值，可以達到 670 cd/m2在人眼的安全激光功率范圍內(nèi)，無需自適應(yīng)光學(xué) （AO） 校正。 -1%OlKC
此外，科學(xué)家們記錄了在亮度為 10 cd/m 的背景上進行的測量的可重復(fù)性是其兩倍2.這對于未來技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，例如雙光子視網(wǎng)膜顯示器，可用于增強現(xiàn)實 （AR） 眼鏡或雙光子顯微視野計等高級診斷工具。 -"TR\/
相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-11-scientists-decipher-photon-vision.html 4{na+M
|