Přestože se optická vlákna v současnosti široce používají v komunikačních technologiích i medicíně, jejich možnosti nejsou plně využité. Výzkum týmu skotské University of Dundee, do něhož se zapojil i profesor Tomáš Tyc z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, nyní ukázal nové možnosti využití optických vláken v lékařství a biologii, například při podrobnějším studiu procesů, které se odehrávají v mozku při vzniku a rozvoji Alzheimerovy choroby.
Optickými vlákny se šíří informace v podobě částic světla neboli fotonů. Fotony se uvnitř vlákna komplikovaným způsobem odráží, a tím často dochází k částečné ztrátě informace, kterou nesou. Proto je například u endoskopu, který se využívá v medicíně pro pozorování tělních dutin, nutné použít svazek mnoha desítek tisíc optických vláken, z nichž každé přenáší jen jeden pixel obrazu.
Existují však vlákna, která přenášejí více informací najednou. „Doposud se odborníci domnívali, že se způsob šíření světla v těchto typech optických vláken nedá předpovídat a jejich kapacitu tudíž nelze plně využít. My jsme ale ověřili na běžných komerčních vláknech, že to jde předpovědět s vysokou přesností, a to dokonce i tehdy, když je vlákno ohnuté nebo jinak deformované,“ uvedl Tyc, který působí na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU.
Významný objev, který zveřejnil prestižní časopis Nature Photonics, tak umožní lepší využití potenciálu optických vláken. „Může to otevřít cestu k novému typu endoskopu tloušťky lidského vlasu, který by umožňoval například pozorování jednotlivých neuronů v mozku,“ uvedl Tyc. Místo svazku desítek tisíc vláken se tak bude dát použít pouze jediné vlákno, což umožní sledovat bez výrazného poškození okolních tkání mnohem menší objekty v lidském těle, než je nyní možné.
Už dříve odborníci zjistili, že pro každé vlákno lze změřit takzvanou transformační matici, která vyjadřuje, jak se změní stav světla při průletu vláknem a s jejíž pomocí se dá výsledný obraz či informace zrekonstruovat do původní podoby. Problém však byl s tím, že při změně tvaru vlákna se transformační matice změnila a bylo nutné ji opakovaně proměřovat například pro každé ohnutí. „My jsme ale ukázali, že transformační matici lze spočítat jen z toho, když známe nový tvar vlákna, který se měří podstatně snáz než samotná matice. Díky tomu bude možné v reálném čase zobrazovat objekty i vláknem, jehož tvar se neustále mění,“ upřesnil Tyc.
Výzkum vedl Tomáš Čižmár z University of Dundee a podílel se na něm i Martin Plöschner, který působí na Macquarie University v Sydney. Všichni tři spoluautoři jsou absolventi MU.
