2024年LED光源3D光学指纹技术测评：精准透视材料内部结构

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

韩国延世大学的研究团队在《自然·光子学》上发表了一项突破性成果，他们开发出一种名为“非相干介导张量断层成像”（iDTT）的全新光学成像技术。这项技术的核心在于，仅使用常规的LED光源，便能非侵入性地解析出材料内部复杂的三维“光学指纹”。这一进展为材料表征、生物医学成像及半导体缺陷检测等领域，提供了一种更稳定且更具成本效益的分析方案。

理解iDTT技术的关键在于“光学各向异性”。许多材料，如晶体、液晶和生物纤维，其内部结构并非均匀。当光线穿过时，材料在不同方向上的光学响应（如折射率和吸收率）存在差异。这种各向异性直接编码了材料的微观结构、晶体取向和分子排列信息，是材料独一无二的身份标识。因此，精确、无损地获取这份三维“指纹”，一直是前沿材料分析与生物物理研究的重要目标。

从激光到LED：实现稳定与实用的关键跃迁

该团队此前已开发了基于激光的“介电张量断层成像”（DTT）技术。介电张量是一个3×3的数学矩阵，它全面描述了材料在三维空间中对光线的介电响应，包括双折射与吸收等特性。

全新的iDTT技术实现了根本性革新：它首次成功利用非相干的LED光源替代了传统必需的激光，完成了对材料内部介电张量的三维重建。这一替换从根本上规避了激光相干性带来的散斑噪声等固有干扰问题，从而大幅提升了测量的数据稳定性和可重复性，使该技术向实际工业与实验室应用迈出了关键一步。

在操作层面，研究团队通过精密控制照射在样品上的光偏振态与入射角度，系统性地进行了48次独立测量。这个过程类似于从多角度获取一套完整的光学投影数据。随后，通过先进的计算机断层重建算法，将这些数据融合，最终构建出材料内部完整的三维介电张量分布图。

性能验证：在噪声环境中展现卓越清晰度

为实证iDTT的优越性能，研究人员设计了一项对比实验。他们选用了一种具有微米级周期性分子排列的复杂样品进行测试。结果极具说服力：基于激光的传统DTT技术因受噪声严重干扰，几乎无法解析样品中的精细结构；而采用LED光源的iDTT技术，则能清晰、稳定地重建出这些微观结构的细节，展现了其在复杂光学环境下的强大鲁棒性。

应用潜力：从微观材料到生命组织

iDTT强大的三维“光学活检”能力，已在多个前沿领域展现出直接应用价值。在材料科学领域，研究团队成功实现了对单个液晶颗粒内部三维分子取向分布的可视化，这对于优化显示器件性能与开发新型光子材料具有重要指导意义。

在生物医学领域，iDTT的潜力同样显著。实验表明，无需对生物组织进行任何化学染色或标记，iDTT便能精确检测出经放射治疗后的结肠组织所发生的纤维化病变——即组织硬化的微观过程。这为无标记病理学分析、治疗反应评估及组织工程研究，开辟了一种全新的高精度观察途径。

综上所述，iDTT技术有望在先进材料研发、半导体在线检测、药物筛选、生物医学诊断以及新型显示技术开发等多个高价值领域获得广泛应用。它预示着未来可能替代部分依赖大型昂贵设备（如同步辐射光源）或需要进行破坏性取样的传统分析方法，为工业质量控制与前沿科学研究提供一种更紧凑、高精度且经济高效的光学分析工具。