Name: Transmission des signaux multiples à travers une fibre optique utilisant Wavefront Shaping (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: Découvrez la transmission de signaux lumineux multiples via une fibre multimode grâce au wavefront shaping. Cette méthode avancée permet d'étudier les applications en biophotonique et ingénierie des communications.

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Le soutien financier de la DFG (fondation allemande pour la recherche, projet CZ 55/30-1) pour certaines parties de ce travail est vivement remercié.

1. Montage de l&#39;installation expérimentale <ol><li> Préparation de la partie proximale <ol><li> Placer et fixer le laser fournissant un faisceau de lumière collimatée - ou utiliser un laser à fibre couplée à une optique de collimation à la facette de sortie de la fibre. </li><li> Mettez le diviseur de faisceau polarisant (PBS) pour diviser le faisceau laser en référence et faisceau objet. Tourner l&#39;orientation des lames d&#39;onde demi (PLR) en faisant tourner le HWP dans sa rotation monter jusqu&#39;à ce que la puissance du faisceau de référence et faisceau objet (sur le côté distal) est à peu près la même chose. Vérifiez cela en mettant un écran à la fois référence et faisceau objet. Choisir l&#39;orientation du PBS de telle sorte que la polarisation du faisceau de référence correspond à la modulation spatiale de lumière sensible à la polarisation (SLM). </li><li> Placer un séparateur de faisceau (BS) dans le faisceau de référence pour diviser le faisceau de référence en deux faisceaux. Placer les modulateurs optiques (OM) de sorte que ces deux faisceaux issus BS1 peuvent passer OM1 et OM2, respectivement. &lt;/ Li&gt; <li> Combinez les deux faisceaux passant OM1 et OM2 à BS2 employant deux miroirs. Réglez les séparateurs de faisceau et des miroirs de telle sorte que les deux faisceaux sont séparés spatialement. </li><li> aligner soigneusement BS5 pour faire en sorte que la direction d&#39;incidence des deux faisceaux est perpendiculaire au plan des pixels du SLM, BS3 et BS4 ignorer au début. Dans un premier temps , rien est affiché sur le SLM, à savoir, elle agit comme un miroir jusqu&#39;à la fin de l&#39;étalonnage (tout au long de l&#39; étape 2). </li><li> Ajustez la position et la distance entre les deux lentilles (L) constituant un télescope Keplerian afin d&#39;obtenir une image nette du plan SLM sur la caméra semi-conducteur complémentaire métal-oxyde (CMOS). Regardez l&#39;orientation correcte de L1 et L2 (côtés plats se font face) pour minimiser les aberrations. </li></ol></li><li> Préparation du côté distal <ol><li> Utilisez BS7 pour diviser le faisceau d&#39;objet en deux faisceaux et les combiner à BS8 employant deux miroirs. Encore une fois, ajuster les séparateurs de faisceaux et mirrors de sorte que les deux faisceaux sont séparés spatialement. </li><li> Détourner les deux faisceaux en utilisant BS9 pour les viser à l&#39;objectif du microscope (OBJ). Concentrer OBJ2 sur l&#39;extrémité distale de la fibre multimode (MMF). Vérifiez la mise au point en observant le reflet de retour de la MMF employant L3 et un dispositif (CCD) à couplage de charge. </li></ol></li><li> Connexion proximale et distale <ol><li> Collimater la lumière du faisceau objet sortant du MMF employant OBJ1. </li><li> Diviser le faisceau objet en utilisant BS6, ignorer le polariseur linéaire (LP) au premier abord. Combiner les deux faisceaux d&#39;objets avec les deux faisceaux de référence à BS3 et BS4 employant un miroir. Réglez les séparateurs de faisceau et des miroirs de telle sorte que chaque paire de référence et le chevauchement de faisceau objet au SLM, coupant avec un petit angle (moins de 1 °). </li><li> Veiller à ce que la puissance de la référence et le faisceau objet sont approximativement égales en tournant l&#39;orientation du HWP, selon l&#39;étape 1.1.2. </li><li> Vérifiez l&#39;interférence pattern (hors axe hologramme) à la caméra CMOS et d&#39;ajuster l&#39;angle d&#39;intersection en conséquence. Augmenter l&#39;angle, jusqu&#39;à ce que l&#39;espacement de franges d&#39;interférence est égale à environ la taille de deux pixels de la caméra CMOS. </li><li> Ajustez l&#39;orientation de la LP pour correspondre à la polarisation de l&#39;objet et le faisceau de référence afin d&#39;obtenir un contraste maximum du motif d&#39;interférence dans l&#39;image de la caméra CMOS, de sorte que l&#39;image de la caméra montre des franges distinctes. </li></ol></li></ol> 2. Calibrage du système <ol><li> Calibrage de la relation entre les pixels SLM et CMOS <ol><li> Illuminer l&#39;ensemble SLM en utilisant seulement l&#39;un des faisceaux de référence et de bloquer les autres objets de référence et les poutres. </li><li> Capturer une image du SLM avec la caméra CMOS. </li><li> Obtenez les coordonnées du coin supérieur gauche de la SLM à l&#39;image de la caméra CMOS, par exemple en utilisant un logiciel graphique et le curseur de la souris sur le PC. Utilisez ces coordonnées de pixel comme point d&#39;origineen ce qui concerne le SLM. </li><li> Retirez tous les blocs de faisceau. </li></ol></li><li> Calibrer les chemins de signaux <ol><li> Bloquer les deux faisceau de référence 2 et faisceau objet 2. </li><li> Capturer une image de l&#39;hologramme avec la caméra CMOS. Évaluer la phase dans l&#39;hologramme enregistré en utilisant la méthode du spectre angulaire 19. Calculer la phase inversée dans la région correspondante du faisceau 1. </li><li> Retirez les anciens blocs de faisceau et maintenant bloquer les deux faisceau de référence 1 et faisceau objet 1. </li><li> Capturer une image de l&#39;hologramme avec la caméra CMOS. Mesurer la phase de l&#39;hologramme enregistré en utilisant à nouveau la méthode de spectre angulaire. Calculer la phase inversée à la région correspondante du faisceau 2. </li><li> Retirez tous les blocs de faisceau. </li></ol></li></ol> 3. Transmission des signaux <ol><li> Bloquer le faisceau objet. </li><li> Assembler les images de phases inversées calculées aux régions correspondantes du faisceau 1 et 2 ensemble et afficher laimage entière sur le SLM, généralement en utilisant le port de l&#39;infographie. </li><li> Lancer la modulation des signaux d&#39;entrée 1 et 2 en activant OM1 et OM2. </li><li> Observer les signaux de sortie 1 et 2 sur la caméra CCD. </li></ol>

<ol><li>Richardson, D. J., Fini, J. M., Nelson, L. E. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v7/n5/full/nphoton.2013.94.html">Space-division multiplexing in optical fibres.</a> Nat. Photonics. 7 (5), 354-362 (2013).</li>
<li>Kreysing, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+operation+of+optical+fibres+beyond+the+single-mode+regime+facilitates+the+orientation+of+biological+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Dynamic operation of optical fibres beyond the single-mode regime facilitates the orientation of biological cells.</a> Nat. Commun. 5 (5481), 1-6 (2014).</li>
<li>Winzer, P. J. <a target="_blank" href="http://www.osa-opn.org/home/articles/volume_26/march_2015/features/scaling_optical_fiber_networks_challenges_and_solu/">Scaling optical fiber networks: Challenges and solutions.</a> Opt. Photonics News. 26 (3), 28-35 (2015).</li>
<li>Cižmár, T., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+the+light+transmission+through+a+multimode+optical+fibre%3A+complex+transformation+analysis+and+applications+in+biophotonics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Shaping the light transmission through a multimode optical fibre: complex transformation analysis and applications in biophotonics.</a> Opt. Express. 19 (20), 18871-18884 (2011).</li>
<li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Millisecond-timescale%2C+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat. Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li>
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<li>Büttner, L., Leithold, C., Czarske, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferometric+velocity+measurements+through+a+fluctuating+gas-liquid+interface+employing+adaptive+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Interferometric velocity measurements through a fluctuating gas-liquid interface employing adaptive optics.</a> Opt. Express. 21 (25), 30653-30663 (2013).</li>
<li>Vellekoop, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feedback-based+wavefront+shaping%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Feedback-based wavefront shaping.</a> Opt. Express. 23 (9), 12189-12206 (2015).</li>
<li>Mahalati, R. N., Askarov, D., Wilde, J. P., Kahn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+control+of+input+field+to+achieve+desired+output+intensity+profile+in+multimode+fiber+with+random+mode+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Adaptive control of input field to achieve desired output intensity profile in multimode fiber with random mode coupling.</a> Opt. Express. 20 (13), 14321-14337 (2012).</li>
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<li>Yaqoob, Z., Psaltis, D., Feld, M. S., Yang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+phase+conjugation+for+turbidity+suppression+in+biological+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Optical phase conjugation for turbidity suppression in biological samples.</a> Nat. Photonics. 2 (2), 110-115 (2008).</li>
<li>Ma, C., Xu, X., Liu, Y., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-reversed+adapted-perturbation+%28TRAP%29+optical+focusing+onto+dynamic+objects+inside+scattering+media%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Time-reversed adapted-perturbation (TRAP) optical focusing onto dynamic objects inside scattering media.</a> Nat. Photonics. 8 (12), 931-936 (2014).</li>
<li>Lee, K., Lee, J., Park, J. H., Park, J. H., Park, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-wave+optical+phase+conjugation+mirror+by+actively+coupling+arbitrary+light+fields+into+a+single-mode+reflector%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">One-wave optical phase conjugation mirror by actively coupling arbitrary light fields into a single-mode reflector.</a> Phys. Rev. Lett. 115 (15), 153902(2015).</li>
<li>Cui, M., Yang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+a+digital+optical+phase+conjugation+system+and+its+application+to+study+the+robustness+of+turbidity+suppression+by+phase+conjugation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Implementation of a digital optical phase conjugation system and its application to study the robustness of turbidity suppression by phase conjugation.</a> Opt. Express. 18 (4), 3444-3455 (2010).</li>
<li>Hillman, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+optical+phase+conjugation+for+delivering+two-dimensional+images+through+turbid+media%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Digital optical phase conjugation for delivering two-dimensional images through turbid media.</a> Sci. Rep. 3, UK. (2013).</li>
<li>Papadopoulos, I. N., Farahi, S., Moser, C., Psaltis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focusing+and+scanning+light+through+a+multimode+optical+fiber+using+digital+phase+conjugation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Focusing and scanning light through a multimode optical fiber using digital phase conjugation.</a> Opt. Express. 20 (10), 10583-10590 (2012).</li>
<li>Czarske, J. W., Haufe, D., Koukourakis, N., Büttner, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmission+of+independent+signals+through+a+multimode+fiber+using+digital+optical+phase+conjugation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Transmission of independent signals through a multimode fiber using digital optical phase conjugation.</a> Opt. Express. 24 (13), 15128-15136 (2016).</li>
<li>Kim, M. K. <a target="_blank" href="http://spie.org/Publications/Journal/10.1117/6.0000006">Principles and techniques of digital holographic microscopy.</a> SPIE Rev. 1 (1), 01800501-01800550 (2010).</li>
<li>Gu, R. Y., Mahalati, R. N., Kahn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+flexible+multi-mode+fiber+endoscope%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Design of flexible multi-mode fiber endoscope.</a> Opt. Express. 23 (21), 26905-26918 (2015).</li>
<li>Katz, O., Small, E., Bromberg, Y., Silberberg, Y. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n6/full/nphoton.2011.72.html">Focusing and compression of ultrashort pulses through scattering media.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 372-377 (2011).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

L&#39;assemblage du dispositif expérimental (étape 1 dans le protocole) nécessite un alignement intime des composants optiques par rapport à l&#39;autre. L&#39;aspect le plus important est l&#39;incidence rectangulaire des faisceaux de référence sur le SLM afin d&#39;assurer un haut PBR. Afin d&#39;améliorer la configuration à plus de deux signaux transmis, séparateurs de faisceaux supplémentaires pourraient être utilisés. Comme alternative, une mise en œuvre à base de fibres serait plus com...

La transmission des signaux lumineux multiples à travers une fibre multimode (MMF) est évidente dans les communications d&#39; ingénierie 1 et 2 biophotonique. Dans l&#39;ingénierie des communications, l&#39;espace de multiplexage par répartition (SDM) est considéré comme une solution viable afin d&#39;améliorer la capacité de transmission des fibres optiques pour les futures applications de transfert de données bénéficiant d&#39;une plus grande utilisation de l&#39;espace limité, par rapport à de multiples fibres monomodes 3. Dans la biophotonique, les échantillons biologiques sont manipulés par transmission de la lumière à travers un endoscope MMF 4. Par exemple, le contrôle optique indépendant de neurones individuels en utilisant endoscopes MMF est intéressant pour optogénétique afin d&#39;étudier les réseaux neuronaux dans le cerveau 5. Cependant, la lumière projetée sur la facette d&#39;entrée MMF est soumise à une distorsion due au mode de mélange et de dispersion lors de la propagation à l&#39;output facette de la MMF. Par conséquent, la propagation de la lumière est modifiée, ce qui rend difficile la transmission du signal. Les méthodes de mise en forme Wavefront 6, 7 sont appliquées dans la diffusion des médias en utilisant des modulateurs spatiaux de lumière (SLM) et permettent la compensation de la distorsion due à la diffusion lors de propagation de la lumière 8. Il existe des approches itératives qui optimisent la sortie en utilisant une rétroaction optique 9. Ces approches sont assez de temps à cause de la nécessité de nombreuses itérations et le degré élevé de liberté, correspondant à un grand nombre d&#39;éléments de modulateur. Une autre approche consiste à déterminer complètement la distorsion dans le MMF décrit par sa matrice de transmission 10. Si le nombre de modes à transmettre est important, ce sera beaucoup de temps aussi bien. A l&#39;inverse, la conjugaison de phase optique numérique (DOPC) est considéré commerapide et avantageuse ici, puisque seulement quelques points focaux doivent être générés à la facette de sortie du MMF. Des approches de conjugaison de phase a également été démontrée pour la focalisation ou de l&#39; imagerie à travers un tissu biologique 12, 13, 14. Jusqu&#39;à présent, DOPC a été utilisé pour un signal temporel unique 15, 16, et a été appliqué pour la transmission de la lumière à travers un MMF 17. Une approche de DOPC pour plusieurs signaux indépendants n&#39;a pas été accompli. Nous avons développé une méthode de DOPC améliorée fournissant la transmission indépendante de multiples signaux de lumière utilisant front d&#39; onde individuelle de mise en forme pour chaque signal en utilisant une seule phase seulement SLM 18. Dans ce but, le SLM est segmentée en régions, une pour chaque signal à transmettre. Le montage expérimental proposé est représenté sur la figure 1Où un étalonnage est réalisé en a) avant la transmission réelle se produit en b). <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> Figure 1: Montage expérimental. BS = diviseur de faisceau, un dispositif à couplage de charge CCD =, OM = modulateur optique, CMOS = semi-conducteur complémentaire métal-oxyde, HWP = plaque demi-onde, L = objectif, LP = polariseur linéaire, MMF = fibre multimode, objectif OBJ = microscope, PBS = diviseur de faisceau polarisant, SLM = modulateur spatial de lumière (phase uniquement) - seuls faisceaux pertinents pour (a) l&#39;étalonnage et (b) la transmission sont représentés <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

<table><tbody><tr><td>modulateur de lumière spatiale</td><td>Holoeye</td><td>PLUTO-VIS-016</td><td></td></tr><tr><td>Caméra CMOS</td><td>Mikrotron</td><td>MC4082</td><td></td></tr><tr><td>Laser à semi-conducteurs pompé par diode</td><td>Laser Quantum</td><td>torus 532</td><td></td></tr><tr><td>Caméra CCD</td><td>IDS</td><td>U3-3482LE-M Caméra CMOS</td><td> ; convient également</td></tr><tr><td>objectif 1</td><td>Qioptiq</td><td>G063204000</td><td></td></tr><tr><td>objectif 2</td><td>Objectif</td><td>G063203000</td><td></td>Qioptiq</tr><tr><td>3</td> Fibre multimode <td>Thorlabs</td><td>AC508-180-A-ML</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>M14L02</td><td></td></tr><tr><td>Séparateurs de faisceau</td><td>Thorlabs</td><td>BS013</td><td>9x</td></tr><tr><td>séparateurs de faisceau polarisants</td><td>Thorlabs</td><td>PBS251</td><td></td></tr><tr><td>miroirs</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td>5x</td></tr><tr><td>objectifs de microscope</td><td>Thorlabs</td><td>RMS20X</td><td>2x</td></tr><tr><td>plaques demi-onde</td><td>Thorlabs</td><td>WPH10M-532</td><td>2x</td></tr><tr><td>polariseur linéaire</td><td>Modulateurs optiques Thorlabs</td><td>LPVISB050-MP2</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>MC2000B-EC</td><td>2x</td></tr><tr><td>platine linéaire et rotative pour caméra CMOS</td><td>Thorlabs</td><td>XYR1/M</td><td></td></tr><tr><td>connecteur fibre</td><td>Thorlabs</td><td>S120-SMA</td><td>2x</td></tr><tr><td>bague réductrice pour objectifs de microscope</td><td>Qioptiq</td><td>G061621000</td><td>2x</td></tr><tr><td>xy réglage pour les adaptateurs d’objectifs</td><td>Qioptiq</td><td>G061025000</td><td></td></tr><tr><td>2x z monture de translation pour adaptateur de fibre</td><td>Thorlabs</td><td>SM1Z</td><td>2x</td></tr><tr><td>tiges pour l’alignement de la fibre sur les objectifs</td><td>Qioptiq</td><td>G061210000</td><td>8x</td></tr><tr><td>montures pour les objectifs 1 et 2 plus deux montures fantômes</td><td>Qioptiq</td><td>G061047000</td><td>4x</td></tr><tr><td>supports de rail pour objectifs et montures d’objectifs</td><td>Qioptiq</td><td>G061372000</td><td>6x</td></tr><tr><td>rails pour supports de rails</td><td>Qioptiq</td><td>G061359000</td><td>adaptateur 2x</td></tr><tr><td>pour caméra CCD vers 1 poste</td><td></td><td></td> adaptateur <td>interne</td></tr><tr><td>pour laser vers 4 postes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>monture interne pour objectif 3</td><td>Thorlabs</td><td>LMR2/M</td><td></td></tr><tr><td>supports pour plaques demi-onde</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1D/M</td><td>2</td></tr><tr><td>supports pour miroirs</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td>5x</td></tr><tr><td>support pour polariseur linéaire</td><td>Thorlabs</td><td>RSP05/M</td><td></td></tr><tr><td>supports pour séparateurs de faisceaux et SLM</td><td>Thorlabs</td><td>KM100PM/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>bras de serrage pour séparateurs de faisceau et SLM</td><td>Thorlabs</td><td>PM4/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>poteaux pour supports, supports de rails et adaptateurs</td><td>Thorlabs</td><td>TR75/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>supports pour poteaux</td><td>Thorlabs</td><td>PH50/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>plots pour supports</td><td>Thorlabs</td><td>BE1/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>fourches de serrage pour plots</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>29x</td></tr></tbody></table>

transmission des signaux multiples à travers une fibre optique utilisant wavefront shaping

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

La transmission de signaux optiques indépendants multiples à travers une fibre optique multimode est réalisée en utilisant la mise en forme de front d&#39;onde afin de compenser la distorsion de la lumière lors de la propagation dans la fibre. Notre méthodologie est basée sur la conjugaison de phase numérique optique utilisant un seul modulateur de lumière spatiale, où le front d&#39;onde optique est modulée individuellement à différentes régions du modulateur, une région par signal lumineux. approches de conjugaison de phase optique numérique sont considérés comme plus rapide que d&#39;autres approches de mise en forme de front d&#39;onde, où (par exemple) une détermination complète du comportement de propagation des ondes de la fibre est réalisée. En revanche, l&#39;approche présentée est temps efficace car il ne nécessite qu&#39;un seul étalonnage par signal lumineux. La méthode proposée est potentiellement approprié pour l&#39;espace de multiplexage par répartition dans l&#39;ingénierie des communications. domaines d&#39;application supplémentaires sont la livraison de la lumière endoscopique en biophotonique, en particulier dans optogenetics, où des cellules individuelles dans les tissus biologiques doivent être éclairés de manière sélective avec une résolution spatiale et temporelle.

<html> Des signaux de sortie typiques du côté distal du 2 m de longueur de fibre sont représentés sur la figure 2. Notez que la tache focale souhaitée (pic) est accompagné d&#39;un motif moucheté indésirable (fond), qui est due à l&#39;imperfection de la DOPC comme une question de principe. Le rapport de crête à fond correspondant (PBR) se monte à 53 (uniquement le signal 1 est &#39;on&#39;), 36 (uniquement le signal 2 est «on») et 20 (les deux signaux 1 et 2 sont &#39;su...

Nous démontrons la transmission de plusieurs signaux indépendants à travers une fibre multimode en utilisant la mise en forme du front d’onde à l’aide d’un seul modulateur spatial de lumière. En modulant le front d’onde de chaque signal individuellement, des foyers séparés dans l’espace sont transmis. Les applications potentielles sont le transfert de données multiplexé en ingénierie des communications et la distribution endoscopique de lumière en biophotonique.

Transmission des signaux multiples à travers une fibre optique utilisant Wavefront Shaping

The transmission of multiple independent optical signals through a multimode fiber is accomplished using wavefront shaping in order to compensate for the ...

L'objectif général de cette procédure est de transmettre plusieurs signaux lumineux individuels spatialement séparés à travers une seule fibre multimode, tout en corrigeant la distorsion lumineuse par conversion de mode à l'intérieur de la fibre. Cette technique novatrice peut aider à répondre à des questions clés en biomédecine et en génie des télécommunications lorsque plusieurs cellules biologiques ou canaux de signaux de données doivent être extraits individuellement. Le principal avantage de cette technique, qui permet une modulation spatiale et temporelle de la lumière, est qu'un seul modulateur spatial de lumière est nécessaire pour étalonner et transmettre simultanément plusieurs signaux indépendants.Les implications de cette technique s'étendent aux études non invasives et aux thérapies prospectives ou aux dysfonctionnements neurologiques tels que la maladie de Parkinson. La surveillance et le contrôle des neurones reposent sur une combinaison de signaux lumineux spatiotemporels. En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés en raison de l'effort important requis pour l'alignement du trajet optique, ce qui est inévitable pour une transmission de haute qualité.L'expérience a lieu sur une table optique. Les éléments optiques ont déjà été disposés. Certains éléments sont utilisés uniquement pour l'étalonnage.Ce modulateur spatial de lumière fait partie des éléments utilisés pour la transmission du signal de données du côté proximal du dispositif. Cette caméra CCD est le récepteur du signal de données du côté distal. Le signal de données traverse cette fibre optique multi-mode qui relie les deux côtés.Ce schéma fournit un aperçu de l'appareil et identifie les éléments proximal et distal. Un laser fournit un faisceau lumineux cohérent collimaté qui est divisé par un séparateur de faisceau polarisant. Utilisez les lames demi-onde pour maintenir les deux faisceaux à une puissance approximativement égale.Le faisceau objet se dirige vers le côté distal. Pour l'instant, concentrez-vous sur le faisceau de référence qui se dirige vers le côté proximal. Divisez le faisceau de référence en deux, chaque faisceau résultant traversant un modulateur optique.Ensuite, faites suivre aux deux faisceaux le même trajet avec une séparation spatiale. Pendant l'étalonnage, les faisceaux seront superposés par la lumière provenant du côté distal, qui traverse une fibre multimode, un objectif de microscope et un polariseur linéaire, et interféreront finalement. Un dernier séparateur de faisceau dirige les deux faisceaux perpendiculairement vers le modulateur spatial de lumière.Lors de la préparation de l'expérience, veillez à orienter le séparateur de faisceau polarisant de manière à ce que la polarisation du faisceau de référence s'aligne avec le modulateur spatial de lumière sensible à la polarisation. À des fins d'étalonnage, les deux faisceaux traversent également des lentilles focalisées sur une caméra CMOS. Veuillez noter qu'aucune image n'est affichée pour l'instant sur le modulateur de lumière spécial.Par conséquent, le moduleur agit comme un miroir pendant l'étalonnage. Travaillez avec les deux lentilles sur le banc. Ajustez leur position et la distance entre elles.L'objectif est d'obtenir une image nette du plan du modulateur lumineux spécial sur la caméra CMOS. Mettez maintenant au point le côté distal du dispositif pour l'étalonnage. Le faisceau objet est transformé par des séparateurs de faisceau et des miroirs en deux faisceaux spatialement séparés.Un autre séparateur de faisceau dirige les faisceaux vers un objectif de microscope, puis vers une lentille focalisée sur une caméra CCD. Au niveau du plan focal, régler l'objectif de microscope sur l'extrémité distale de la fibre multimode. Vérifier la mise au point à l'aide de la lentille et de la caméra CCD pour observer la réflexion arrière de la lumière provenant de la fibre multimode.Travaillez également avec l'objectif du côté proximal. Utilisez-le pour collimater la lumière sortant de la fibre multimode. Observez maintenant le motif d'interférence sur la caméra CMOS et ajustez l'espacement des franges d'interférence.Cela se fait en ajustant les miroirs et les séparateurs de faisceau dans les faisceaux de référence et d'objet. Cela modifie l'angle selon lequel les faisceaux objet et de référence se croisent au niveau du modulateur spatial de lumière, qui doit être inférieur à un degré. Arrêtez lorsque l'espacement des franges d'interférence est approximativement égal à la taille de deux pixels.Enfin, travaillez avec le polariseur linéaire et ajustez son orientation afin de correspondre à la polarisation des faisceaux objet et de référence. Cela produira un contraste maximal sur l'image de la caméra CMOS, qui affichera des franges bien définies. La première séquence d'étalonnage consiste à déterminer la relation entre les pixels du modulateur spatial de lumière et ceux de la caméra CMOS.Commencez avec le faisceau objet juste après le séparateur de faisceau polarisant. Bloquez le faisceau objet entre la lame quart d'onde et le séparateur de faisceau suivant. Ensuite, travaillez avec l'un des deux faisceaux de référence immédiatement après qu'ils soient passés à travers les modulateurs optiques.Bloquez-en un seul afin que le modulateur spatial de lumière soit éclairé par l'autre. Capturez une image du modulateur spatial de lumière à l'aide de la caméra CMOS. Utilisez un logiciel graphique pour identifier les coordonnées du coin supérieur gauche du modulateur, qui servira de point d'origine pour le modulateur spatial de lumière.Lorsque l'opération est terminée, retirez les deux blocs de faisceau pour terminer la détermination de la relation entre les pixels du modulateur spatial de lumière et ceux de la caméra CMOS. La séquence d'étalonnage suivante concerne les trajets du signal. À ce stade, il s'agit des trajets du faisceau.La première étape consiste à bloquer le faisceau objet deux juste après les deux séparateurs de faisceau situés sur son trajet, ainsi qu'à bloquer le faisceau de référence deux après le modulateur de lumière. Ensuite, utilisez la caméra CMOS pour capturer une image de l'hologramme.À partir de cela, calculez la phase inversée dans la région un du faisceau. Ensuite, retirez les blocs des faisceaux. Puis, masquez le faisceau objet un et le faisceau de référence un.Calculez la phase inversée dans la région deux du faisceau à partir de l'hologramme capturé par la caméra. Veillez à retirer tous les bloqueurs de faisceau avant de poursuivre. La configuration pour les expériences de transmission est plus simple.La transmission du signal ne nécessite pas la caméra CMOS et le faisceau objet est bloqué. À présent, les deux faisceaux de référence sont réfléchis par deux régions du modulateur spatial de lumière. À partir de là, les faisceaux réfléchis traversent la fibre multimode jusqu'à la caméra CCD.Sur l'ordinateur, préparez l'image pour le modulateur lumineux spatial. Pour l'image, disposez les régions une et deux contenant les images de phase inversées à leurs positions respectives. Ensuite, assemblez ces images ensemble pour les afficher sur le modulateur lumineux spatial à l'aide de son port graphique informatique.Préparez les dernières étapes de l'expérience sur le banc de laboratoire. Les faisceaux de référence traversent des modulateurs d'intensité lumineuse. Activez ces modulateurs sur les deux faisceaux de référence pour poursuivre.Sur l'ordinateur, observer et enregistrer les signaux de sortie provenant de la caméra CCD. Il s'agit de résultats typiques enregistrés par la caméra du côté distal après que le signal a traversé une fibre de deux mètres de long. Les images correspondent uniquement au cas où le signal un est activé.Seulement le signal deux étant activé. Et les deux signaux étant activés. En plus des pics souhaités dans chaque image, il y a un effet de granularité dû aux limitations de la conjugaison de phase optique numérique.Le rapport pic sur fond peut être augmenté en utilisant des fibres qui supportent un plus grand nombre de modes. Il existe un couplage entre les deux signaux périodiques de sortie. Le spectre de fréquence du signal un présente un pic attendu à la fréquence f1 et un pic plus petit à la fréquence f2.De même, le spectre de fréquence du signal deux présente un pic attendu à f2 et un pic plus petit à f1. Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est important d'ajuster soigneusement le modulateur spatial de lumière et la caméra CMOS afin que la conjugaison de phase optique numérique fonctionne correctement. Afin d'améliorer cette procédure, des techniques de calibration basées sur un modèle peuvent être appliquées pour réaliser la transmission sans accès à l'extrémité distale de la fibre.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'appliquer la mise en forme individuelle des ondes pour la transmission de signaux indépendants à travers une fibre multimode. Après son développement, cette technique novatrice ouvrira la voie aux chercheurs en optogénétique pour explorer les maladies neurodégénératives chez les organismes modèles ainsi que dans les neurones ou les cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines.

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