普通LED光源“透视”材料内部3D光学指纹

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

一项来自韩国延世大学研究团队的最新突破，可能会改变我们“看”材料内部的方式。他们开发出一种名为“非相干介导张量断层成像”（iDTT）的全新技术，其核心亮点在于，仅用普通的LED光源，就能成功解读出材料内部复杂的三维“光学指纹”。这项成果发表在《自然·光子学》上，为材料科学、生物医学乃至半导体检测等领域，提供了一种更稳定、成本也更低的非破坏性分析新路径。

要理解这项技术的价值，得先从一个关键概念说起——光学各向异性。许多材料天生就具备这种特性，简单来说，就是光线从不同方向穿过材料时，遇到的“阻力”（即折射率）是不一样的。这种差异并非随机，它忠实地反映了材料内部的微观结构、晶体取向或分子排列方式，堪称材料独一无二的“身份指纹”。因此，精准获取这份“指纹”，一直是研究晶体、生物组织等复杂材料的重要课题。

从激光到LED：一场关于“稳定”与“实用”的升级

其实，该团队此前已经开发过一项名为“介电张量断层成像”（DTT）的技术。这里的“介电张量”，你可以把它理解为一个3×3的数学矩阵，它专门用来描述材料在各个方向上对光线的综合响应，包括如何弯曲光线（折射）以及吸收多少光能。

而这次推出的iDTT，其革命性进步在于，它首次成功用LED这种非相干光源，替代了传统上必须使用的激光，实现了对介电张量的三维重建。这一替换，从根本上解决了激光光源带来的固有噪声干扰问题。结果就是，测量的稳定性得到了大幅提升，技术的实用性也随之迈上了一个新台阶。

那么，具体是怎么实现的呢？研究团队通过精密控制照射到样品上的光的偏振方向和入射角度，前后进行了48次独立的测量。就像从多个角度为物体拍摄一组全景照片一样，计算机最终将这些信息融合，重建出材料内部完整的三维介电张量结构。

清晰度对比：噪声环境下的胜出

为了验证iDTT的优越性，研究人员设计了一项直接的对比实验。他们选用了一种具有微米级周期性分子排列的样品进行测试。实验结果颇具说服力：传统的激光DTT技术由于噪声过大，几乎无法识别出样品中的精细结构；而采用LED光源的iDTT，却能够清晰、稳定地将这些细微结构重建出来。

应用前景：从液晶分子到生物组织

这种强大的三维“透视”能力，迅速在多个场景中展现了价值。一方面，研究团队成功实现了对单个液晶颗粒内部三维分子排列的可视化观察，这对于显示技术的基础研究至关重要。

另一方面，在生物医学领域，iDTT也展现出巨大潜力。团队在实验中观察到，无需对组织样本进行任何化学染色，iDTT就能精确检测出经过放射治疗后的结肠组织所发生的纤维化变化——也就是组织变硬的过程。这为病理分析和治疗效果评估，提供了一种全新的、无标记的观察手段。

总体来看，iDTT技术有望在材料科学、半导体工艺监控、药物研发、生物医学成像以及显示技术等多个领域找到用武之地。它有望替代那些依赖大型昂贵设备或需要进行破坏性取样的传统分析方法，为工业检测和医学诊断，带来一种更紧凑、更高精度且成本友好的光学分析工具选择。