通过光纤使用波前整形多个信号的传输

此过程的总体目标是通过单个多模光纤传输多个单独的空间分离的光信号，同时通过光纤内部的模式转换来补偿光失真。这项新技术可以帮助回答生物医学和通信工程中的关键问题，通过多个生物细胞或必须单独传出的数据信号通道。这种技术支持空间时间光调制，其主要优点是只需要一个空间光调制器即可校准和传输多个独立信号。

这项技术的影响延伸到无创研究和前瞻性疗法或帕金森病等神经功能障碍。而神经元的监测和控制是使用空间时间光信号的组合。通常，刚接触这种方法的人会很费力，因为光通道的对准需要付出很大的努力，这对于高质量传输来说是不可避免的。

实验在光学工作台上进行。光学元件已经布置好了。某些元件仅用于校准。

这个空间光调制器是用于设置近端数据信号传输的元件之一。该 CCD 相机是远端的数据信号接收器。数据信号通过连接两侧的多模光纤传输。

该示意图提供了该装置的概述并确定了近端和远端元件。激光器提供准直相干光束，该光束被偏振分束器分割。使用半波片使两个光束保持大致相等的功率。

物束流向远端。现在，请专注于指向近端的参考光束。将参考光束一分为二，每个产生的光束通过光调制器。

然后让两个光束沿着空间分离的相同路径。在校准过程中，光束将被来自远端的光叠加，该光通过多模光纤、显微镜物镜和线性偏振器，并最终发生干涉。最后的分束器将两束光束垂直引导到特殊的光调制器上。

在准备实验时，请务必调整偏振分束器的方向，使参考光束的偏振与偏振敏感空间光调制器对齐。出于校准目的，两束光束还穿过聚焦在 CMOS 相机上的镜头。请注意，目前特殊光调制器上不显示任何内容。

因此，调制器在校准过程中就像一面镜子。在工作台上使用两个镜头。调整它们的位置和它们之间的距离。

目标是在 CMOS 相机中获得特殊光调制器平面的清晰图像。现在专注于设置的远端进行校准。物光束通过分束器和反射镜转换为两个空间分离的光束。

另一个分束器将光束引导到显微镜物镜中，然后从那里引导到聚焦在 CCD 相机上的镜头。在工作台上，将显微镜物镜聚焦在多模光纤的远端。使用镜头和 CCD 相机检查焦距，以观察来自多模光纤的光的背向反射。

在近端也使用物镜。使用它来准直从多模光纤射出的光。现在查看 CMOS 相机的干涉图案并更改干涉条纹间距。

这是通过调整参考光束和物光束中的镜子和分束器来完成的。这将更改对象光束和参考光束在空间光调制器处相交的角度，该角度应小于 1 度。当干涉条纹间距大约为 2 个像素的大小时停止。

最后使用线性偏振器，调整其方向以匹配物体和参考光束的偏振。这将在 CMOS 相机图像中产生最大对比度，从而显示明显的条纹。第一个校准序列涉及查找空间光调制器和 CMOS 相机之间的像素关系。

从偏振分束器之后的物体光束开始。阻挡半波片和下一个分束器之间的物光束。接下来，在两个参考光束通过光调制器后立即使用它们中的一个。

仅阻挡其中一个，以便空间光调制器被另一个照亮。使用 CMOS 相机捕获空间光调制器的图像。使用图形软件识别调制器左上角的坐标，该坐标将用作空间光调制器的原点。

完成后，移除两个光束块以完成查找空间光调制器和 CMOS 相机之间的像素关系。下一个校准序列用于信号路径。此时，这些是光束路径。

第一步是在其路径中的两个分束器之后阻挡对象光束 2。并阻挡光调制器之后的参考光束二。然后，使用 CMOS 相机捕获全息影像的图像。

由此，计算光束区域 1 中的倒相。继续从横梁中移除块。接下来，块对象梁 1 和参考梁 1。

从相机捕获的全息图计算光束区域 2 中的倒置相位。在继续之前，请务必移除所有梁块。透射实验的设置更简单。

信号传输不需要 CMOS 相机，并且物体光束被阻挡。现在，两个参考光束从空间光调制器的两个区域反射。从那里，反射光束通过多模光纤到达 CCD 相机。

在计算机上，为 Spatial Light Modulator 准备图像。对于图像，将区域 1 和 2 的倒相图像排列在相应的位置。然后，将这些图像拼接在一起，以便使用其计算机图形端口在空间光调制器上显示。

在工作台上为实验做最后的准备。参考光束穿过光强度调制器。在两个参考梁上激活这些以继续。

在计算机上观察并记录 CCD 相机的输出信号。这些是信号穿过 2 米长的光纤后，摄像机在远端记录的典型结果。这些图像仅对应于一个正在打开的信号。

仅发出 2 个信号。而且这两个信号都开启了。除了每个图像中所需的峰外，由于数字光学相位共轭的限制，还存在散斑。

通过使用支持更多模式的纤维，可以提高峰背比。两个周期性输出信号之间存在串扰。信号 1 的频谱在频率 f1 处显示预期峰值，在频率 f2 处显示较小的峰值。

同样，信号 2 的频谱在 f2 处具有预期的峰值，在 f1 处具有较小的峰值。在尝试此过程时，请务必仔细对空间光调制器和 CMOS 相机进行网格划分，以便数字光学相位共轭正常工作。为了增强此过程，可以应用基于模型的校准技术来执行传输，而无需接触光纤的远端。

观看此视频后，您应该对如何应用单个波形整形通过多模光纤传输独立信号有很好的了解。开发后，这项新技术将为光遗传学研究人员探索模式生物以及人类诱导多能干细胞衍生的神经元或心肌细胞中的神经退行性疾病铺平道路。