Name: העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: למד שיטה מתקדמת להעברת אותות אור מרובים דרך סיב אופטי יחיד באמצעות עיצוב חזית גל ומודולטור אור מרחבי. טכניקה זו מאפשרת מיקוד מרחבי נפרד ומיושמת בביופוטוניקה והנדסת תקשורת.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

התמיכה הכספית של DFG (קרן המחקר הגרמנית, פרויקט CZ 55/30-1) לחלקים מעבודה זו זוכה להכרת תודה.

1. רכבת ההתקנה הניסיונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנתי בצד הפרוקסימלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ולתקן את לייזר מתן קרן קרני אור מקבילות - או להשתמש בלייזר בשילוב סיבים עם אופטיקה collimation על היבט היציאה של סיבים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים ספליטר הקורה מקטב (PBS) לפצל את קרן הלייזר לתוך הפניה ו קרן האובייקט. סובבו את הכיוון של צלחות גל חצי (HWP) על ידי החלפה של HWP ברוטציה שלה הר עד כוח של קרן הייחוס קרן האובייקט (בצד הדיסטלית) הוא בערך אותו הדבר. בדוק זאת על ידי הצבת מסך לשני התייחסות קרן האובייקט. בחר את הכיוון של PBS כך הקיטוב של קרן ההתייחסות מתאים מאפנן אור מרחבי רגיש קיטוב (SLM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים מפצל קרן (BS) לתוך קרן ההתייחסות לפצל את קורה ההתייחסות לשתי קורות. מניחים את מאפננים אופטיים (OM) כגון ששני אלה קורות המגיעים BS1 יכול לעבור OM1 ו OM2, בהתאמה. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את שתי אלומות עובר OM1 ו OM2 ב BS2 העסקת שתי מראות. התאם את מפצלי הקרן ומראה כך קורות שניהם מופרדים מרחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בזהירות ליישר BS5 כדי להבטיח שהכיוון של שכיחות הן קורות הוא בניצב למישור פיקסל של SLM, התעלמות BS3 ו BS4 בהתחלה. בהתחלה, לא מוצג דבר על SLM, כלומר, היא פועלת כמו מראה עד סוף הכיול (בכל שלב 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום ואת המרחק בין שתי עדשות (L) המהווים טלסקופ קפלרי על מנת לקבל תמונה חדה של מטוס SLM על metal-oxide semiconductor משלימה המצלמה (CMOS). צפה הכיוון הנכון של L1 ו- L2 (צדדים שטוחים הם פונים זה לזה) כדי למזער סטיות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנתי בצד הדיסטלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש BS7 לפצל את קרן האובייקט לשתי קורות ולשלב אותם BS8 העסיק שתי מראות. שוב, להתאים את מפצלי קרן ותערובותrrors כך קורות שניהם מופרדים מרחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיט הוא קורה באמצעות BS9 לכוון אותם אל מטרת מיקרוסקופ (OBJ). פוקוס OBJ2 על הקצה הדיסטלי של סיבי multimode (MMF). בדוק את המיקוד על ידי התבוננות בהשתקפות בחזרה מן MMF העסקת L3 ומצלמה תשלום מצמידים מכשיר (CCD). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרוקסימלי חיבור בצד הדיסטלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Collimate האור מן הקורה אובייקט היציאה OBJ1 העסקת MMF. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיצול קרן אובייקט באמצעות BS6, להתעלם מקטב ליניארי (LP) בהתחלה. שלב שני קורות האובייקט בשתי קורות ההתייחסות ב BS3 ו BS4 העסיק במראה. התאם את מפצלי הקרן ומראה כך שכל זוג של התייחסות חפיפת קרן עצם כלשהו על SLM, מצטלב עם זווית קטנה (פחות מ -1 °). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודאו שאספקת המתח של ההפניה ואת קרן האובייקט הם שווה בערך ידי סיבוב האוריינטציה של HWP, בהתאם לשלב 1.1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את ההפרעה pattern (מחוץ ציר הולוגרמה) אל מצלמת CMOS ולהתאים את זווית החיתוך בהתאם. הגדל את הזווית, עד ריווח שולי הפרעה בערך שווה לגודל של שני פיקסלים על מצלמת CMOS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשנות את הכיוון של LP כדי להתאים את הקיטוב של אובייקט קרן התייחסות על מנת לקבל ניגוד מרבי של תבנית ההתאבכות בתמונת מצלמת CMOS, כך שתמונת המצלמה מראה בשולים ברורים. </li></ol></li></ol> 2. כיול המערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול ביחס פיקסל בין SLM ו- CMOS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאיר את כולו SLM להשתמש רק באחת קורה ההתייחסות ולחסום את ההתייחסות האחרת ואובייקטים קורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של SLM עם מצלמת CMOS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבלת הקואורדינטות של בפינה השמאלית העליונה של SLM בתמונת מצלמת CMOS, למשל באמצעות תוכנת גרפיקת סמן העכבר על המחשב. השתמש קואורדינטות פיקסל אלה כנקודת המוצאלגבי SLM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כל קוביות הקורה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול אות הנתיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חסום הן קרן התייחסות קרן 2 ואובייקט 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של ההולוגרמה עם מצלמת CMOS. להעריך בשלב ב בהולוגרמה רשמה בשיטת ספקטרום זוויתי 19. לחשב את השלב הפוך באזור המקביל קורה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את קוביות קרן לשעבר ועכשיו לחסום את שתי קורות התייחסות קרן 1 ואובייקט 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של ההולוגרמה עם מצלמת CMOS. מדוד את השלב ב בהולוגרמה רשמה בשיטת ספקטרום זוויתי שוב. לחשב את השלב הפוך על האזור המקביל קרן 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כל קוביות הקורה. </li></ol></li></ol> 3. שידור האותות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חסום את קרן האובייקט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפור את התמונות בשלב הפוכות מחושבות לפי האזורים המקבילים של קרן 1 ו -2 יחד ולהציג אתהתמונה כולה על SLM, בדרך כלל באמצעות יציאת גרפיקה ממוחשבת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את האפנון של אותות קלט 1 ו -2 על ידי הפעלת OM1 ו OM2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימו לב אותות הפלט 1 ו -2 על מצלמת 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>
<li>Philipp, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volumetric+HiLo+microscopy+employing+an+electrically+tunable+lens%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Volumetric HiLo microscopy employing an electrically tunable lens.</a> Opt. Express. 24 (13), 15029-15041 (2016).</li>
<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>
<li>Caravaca-Aguirre, A. M., Niv, E., Conkey, D. B., Piestun, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+resilient+focusing+through+a+bending+multimode+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Real-time resilient focusing through a bending multimode fiber.</a> Opt. Express. 21 (10), 12881-12887 (2013).</li>
<li>Cižmár, T., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploiting+multimode+waveguides+for+pure+fibre-based+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Exploiting multimode waveguides for pure fibre-based imaging.</a> Nat. Commun. 3, 1027(2012).</li>
<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>

למחברים אין מה לחשוף.

להרכבת הגדרת הניסוי (שלב 1 בפרוטוקול) דורשת התאמה יסודית של הרכיבים האופטיים עם כבוד זה לזה. ההיבט החשוב ביותר הוא השכיחות המלבנית של קורות הפניה על SLM כדי להבטיח גבוהה PBR. על מנת לשפר את ההתקנה יותר משני אותות משודרים, מפצלי קרן נוספים יכולים לשמש. כחלופה, יישום מבוסס סיבים יהיה יותר קומפקטי וחזק המאפשרים למערכת להיות ניידת בחקירות באתרו Biophotonics. אם גישה אחת בצד אפשרית רק, פתרונות כיול מבוסס מודל...

העברת אותות אור מרובים באמצעות סיב multimode (MMF) בא לידי ביטוי קומוניקציות הנדסיות 1 ו Biophotonics 2. בהנדסת תקשורת, ריבוב שטח החלוק (SDM) הוא האמין להיות פתרון בר קיימא על מנת לשפר את יכולת ההולכה של סיבים אופטיים עבור יישומי העברת נתונים עתידיים מרוויחה ניצול גבוה של השטח המוגבל, לעומת סיבים במצב יחיד מרובים 3. בשנת Biophotonics, דגימות ביולוגיות הן מניפולציות על ידי שידור האור דרך אנדוסקופ MMF 4. לדוגמא, השליטה האופטית העצמאית של נוירונים בודדים באמצעות אנדוסקופים MMF היא עניין של optogenetics כדי ללמוד רשתות נוירונים במוח 5. עם זאת, האור מוקרן על היבט קלט MMF כפוף עיוות עקב ערבוב במצב ופיזור במהלך התפשטות אל outpuהיבט t של MMF. כתוצאה מכך, התקדמות האור משתנה, מה שהופך אות השידור מאתגר. Wavefront בעיצוב שיטות 6, 7 מיושמות פיזור מדיה באמצעות מאפנני אור מרחבים (SLM) ולאפשר פיצוי על העיוות בשל פיזור במהלך התקדמות אור 8. ישנן גישות איטרטיבי המביאות למרב את התפוקה באמצעות משוב אופטי 9. גישות אלה הן זמן רב למדי בגלל הצורך חזרות רבות ואת הרמה הגבוהה של חופש, מתאים למספר רב של אלמנטים אפננו. גישה נוספת היא לקבוע את העיוות לחלוטין בתוך MMF שתואר על ידי מטריקס התמסורת שלה 10. אם מספר מצבים להיות משודר הוא גדול, זה יהיה זמן רב גם כן. לעומת זאת, נטיית שלב דיגיטלית אופטי (dOPC) נחשבתמהיר יתרון כאן, מאז רק כמה מוקדי כתמים צריך להיווצר על היבט פלט של MMF. גישות נטיית שלב גם הוכחו למיקוד או הדמיה באמצעות רקמות ביולוגיות 12, 13, 14. עד כה, dOPC הועסק אות פעם אחת בלבד 15, 16, ויושם להעברת אור דרך MMF 17. גישת dOPC עבור אותות עצמאיים רבים לא הושגה. פתחנו שיטת dOPC משופרת לספק את השידור העצמאי של אותות אור מרובים באמצעות חזית גל פרט בעיצוב עבור כל אות העסקת יחיד שלב בלבד SLM 18. למטרה זו, את SLM הוא מקוטע לתוך אזורים, אחד לכל אות להיות משודר. הגדרת הניסוי המוצעת מתוארת באיור 1, שבו הכיול מתבצע) לפני השידור בפועל קורה ב). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> איור 1: הגדרת ניסוי. BS = קרן splitter, CCD = מכשיר תשלום מצמיד, OM = אפנן אופטי, CMOS = metal-oxide semiconductor משלימה, HWP = חצי גל צלחת, L = עדשה, מקטב ליניארי LP =, סיבי multimode MMF =, מטרת OBJ = מיקרוסקופ, PBS = מקטב הקרן splitter, SLM = מאפנן אור מרחבים (שלב בלבד) - רק קורות רלוונטיים (א) הכיול (ב) ההעברה המתוארות <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<table><tbody><tr><td>מודולטור אור מרחבי</td><td>Holoeye</td><td>PLUTO-VIS-016</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת CMOS</td><td>Mikrotron</td><td>MC4082</td><td></td></tr><tr><td>לייזר מצב מוצק משואב</td><td>דיודה לייזר טורוס קוונטי</td><td>532</td><td></td></tr><tr><td>CCD מצלמה</td><td>IDS</td><td>U3-3482LE-M</td><td>מצלמת CMOS; מתאים גם</td></tr><tr><td>עדשה 1</td><td>עדשת Qioptiq</td><td>G063204000</td><td></td></tr><tr><td>2</td><td>עדשת G063203000</td><td></td><td></td>Qioptiq</tr><tr><td>3</td><td>Thorlabs</td><td>AC508-180-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>סיבים מולטי-מודים</td><td>Thorlabs</td><td>M14L02</td><td></td></tr><tr><td>מפצלי קרן</td><td>Thorlabs</td><td>BS013</td><td>9x</td></tr><tr><td>מפצלי קרן מקטבים</td><td>Thorlabs</td><td>PBS251</td><td></td></tr><tr><td>מראות</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td>5x</td></tr><tr><td>מטרות מיקרוסקופ</td><td>Thorlabs</td><td>RMS20X</td><td>2x</td></tr><tr><td>לוחות חצי גל</td><td>Thorlabs</td><td>WPH10M-532</td><td>2x</td></tr><tr><td>מקטב ליניארי</td><td>Thorlabs</td><td>LPVISB050-MP2</td><td></td></tr><tr><td>מודולטורים אופטיים</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000B-EC</td><td>2x</td></tr><tr><td>שלב ליניארי וסיבוב למצלמת CMOS</td><td>מחבר סיבים Thorlabs</td><td>XYR1/M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>S120-SMA</td><td>פי 2</td></tr><tr><td>טבעת הפחתת למטרות מיקרוסקופ</td><td>Qioptiq</td><td>G061621000</td><td>התאמת xy 2x</td></tr><tr><td>למתאמי אובייקטיביות</td><td>Qioptiq</td><td>G061025000</td><td></td></tr><tr><td>תושבת תרגום z 2x למתאם סיבים</td><td>Thorlabs</td><td>SM1Z</td><td>מוטות 2x</td></tr><tr><td>ליישור סיבים למטרות</td><td>Qioptiq</td><td>G061210000</td><td>תושבות 8x</td></tr><tr><td>לעדשות 1 ו-2 בתוספת שתי תושבות פנטום</td><td>Qioptiq</td><td>G061047000</td><td>4x</td></tr><tr><td>נושאי מסילה עבור אובייקט ועדשה תושבות</td><td>Qioptiq</td><td>G061372000</td><td>6x</td></tr><tr><td>מסילה עבור נושאי מסילה</td><td>Qioptiq</td><td>G061359000</td><td>2x</td></tr><tr><td>מתאם עבור מצלמת CCD ל 1 פוסט</td><td></td><td></td><td>מתאם פנימי</td></tr><tr><td>עבור לייזר ל 4 עמודים</td><td></td><td></td><td>תושבת בבית</td></tr><tr><td>לעדשה 3</td><td>Thorlabs</td><td>LMR2 / M</td><td></td></tr><tr><td>תושבות ללוחות חצי גל</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1D/M</td><td>2</td></tr><tr><td>תושבות למראות</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td>תושבת 5x</td></tr><tr><td>עבור מקטב ליניארי</td><td>Thorlabs</td><td>תושבות RSP05/M</td><td></td></tr><tr><td>עבור מפצלי קורות ו-SLM</td><td>Thorlabs</td><td>KM100PM/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>זרועות הידוק עבור מפצלי קורות ו-SLM</td><td>Thorlabs</td><td>PM4/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>עמודים לתושבות, מנשאי מסילות ומתאמים</td><td>Thorlabs</td><td>TR75/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>מחזיקים לעמודים</td><td>Thorlabs</td><td>PH50/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>כנים למחזיקים</td><td>Thorlabs</td><td>BE1/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>מזלגות הידוק לכנים</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>29x</td></tr></tbody></table>

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות wavefront לעיצוב

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

העברת אותות אופטיים מרובים עצמאיים באמצעות סיב multimode מושגת באמצעות עיצוב חזית גל על ​​מנת לפצות על העיוות הקלה במהלך ההתפשטות בתוך הסיב. המתודולוגיה שלנו מבוססת על נטיית שלב דיגיטלית אופטי העסיקה רק מאפנן אור מרחבי יחיד, שבו חזית הגל האופטית מווסתת באופן פרטני על אזורים שונים של אפנן, באזור אחד לכל אות אור. גישות נטיית שלב אופטי דיגיטליות נחשבות מהר יותר מאשר גישות בעיצוב חזית גל שניות, שם (למשל) קביעה מלאה של התנהגות גל ההפצה של הסיבים מתבצעת. לעומת זאת, הגישה המוצגת היא זמן יעיל שכן הוא רק דורש כיול אחד לכל אות אור. השיטה המוצעת מתאימה פוטנציאלי עבור ריבוב חלוקת מרחבית בהנדסת תקשורת. שדות יישום נוספים הם משלוח האור אנדוסקופית ב Biophotonics, במיוחד optogenetics, שבו תאים בודדים ברקמות ביולוגיות צריכים להיות מואר באופן סלקטיבי עם רזולוציה גבוהה במרחב ובזמן.

<html> אותות פלט אופייניים בצד הדיסטלי של הסיבים הארוכים 2 מ &#39;מתוארים באיור 2. ראוי לציין, כי במקום מוקד הרצוי (שיא) מלווה דפוס רבב רצוי (ברקע), אשר בשל חוסר שלמות של dOPC כעניין של עיקרון. יחס שיא-רקע המקביל (PBR) מסתכם 53 (רק האות 1 הוא &#39;על&#39;), 36 (רק האות 2 &#39;מופעלת&#39;) ו -20 (שני אותות 1 ו -2 &#39;מופעלת&#39;) כאן, בהתאמה . PBR יכול להתארך כאשר סיב התומך במספר רב יותר של מצבים (כיום: 1710) משמש. <p class="jov...

אנו מדגימים שידור של אותות עצמאיים מרובים דרך סיב רב-מצבי באמצעות עיצוב חזית גל תוך שימוש במודולטור אור מרחבי יחיד. על ידי אפנון חזית הגל עבור כל אות בנפרד, מועברים מוקדים מופרדים מרחבית. יישומים פוטנציאליים הם העברת נתונים מרובה בהנדסת תקשורת והעברת אור אנדוסקופית בביופוטוניקה.

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להעביר מספר אותות אור נפרדים המרוחקים זה מזה במרחב דרך סיב אופטי רב-מודים (multi-mode fiber) יחיד, תוך פיצוי על עיוות האור באמצעות המרת מודים בתוך הסיב. טכניקה חדשנית זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בביו-רפואה ובהנדסת תקשורת, שבהן יש צורך בהוצאה של אותות נתונים או תאים ביולוגיים מרובים באופן פרטני. היתרון המרכזי של טכניקה זו, המאפשרת מודולציה מרחבית-זמנית של האור, הוא שנדרש מודולטור אור מרחבי (spatial light modulator) יחיד בלבד הן לצורך כיול והן לצורך העברה של מספר אותות עצמאיים.ההשלכות של טכניקה זו חולשות לכיוון של מחקרים לא פולשניים וטיפולים עתידיים בהפרעות נוירולוגיות כגון מחלת פרקינסון. בעוד שניטור ובקרה של נוירונים הם שילוב של שימוש באותות אור מרחביים-זמניים. באופן כללי, אנשים שאינם מכירים את השיטה יתקשו בשל המאמץ הרב הנדרש ליישור הנתיב האופטי, שאינו נמנע לצורך העברה באיכות גבוהה.הניסוי מתבצע על ספך אופטי. הרכיבים האופטיים כבר סודרו. חלק מהרכיבים משמשים לכיול בלבד.מודולטור אור מרחבי זה הוא אחד האלמנטים המשמשים להעברת אות נתונים בצד הפרוקסימלי של המערך. מצלמת CCD זו היא מקלט אות הנתונים בצד הדיסטלי. אות הנתונים עובר דרך סיב אופטי רב-סטי (multi-mode) זה המחבר בין שני הצדדים.סכימה זו מספקת סקירה כללית של המערכת ומזהה את הרכיבים הפרוקסימליים והדיסטליים. לייזר מספק קרן אור קוהורנטית מקבילה המפוצלת על ידי מפליט קרן מקטב. השתמש בפלטות חצי-גל כדי לשמור על עוצמה שווה בקירוב של שתי הקרניים.קרן העצם עוברת לצד הדיסטלי. כעת התמקדו בקרן הייחוס שעוברת לצד הפרוקסימלי. פלסו את קרן הייחוס לשתיים, כאשר כל אחת מהקרניים הנובעות מכך עוברת דרך מודולטור אופטי.לאחר מכן, הנח לשתי הקרניים לעקוב אחר אותו נתיב תוך שמירה על ההפרדה המרחבית. במהלך הכיול, הקרניים יוחפפו על ידי אור מהצד הדיסטלי שעובר דרך סיב רב-מודים (multi-mode fiber), עדשת מיקרוסקופ ומקטב ליניארי, ובסופו של דבר יתערבבו. מפחית קרן סופי יכוון את שתי הקרניים בניצב אל מודולטור האור המיוחד.בעת הכנת הניסוי, ודאו כי מפליט קרן מקטב (polarizing beam splitter) מכוון כך שהקיטוב של קרן הייחוס תואם למודולטור אור מרחבי (spatial light modulator) הרגיש לקיטוב. לצורכי כיול, שתי הקרניים עוברות גם דרך עדשות הממוקדות למצלמת CMOS. שימו לב כי בשלב זה לא מוצג דבר על מודולטור האור המיוחד.לפיכך, המודולטור פועל כמראה במהלך הכיול. עבדו עם שתי העדשות על השולחן. כווננו את מיקומן ואת המרחק ביניהן.המטרה היא לקבל תמונה חדה של מישור מודולטור האור המיוחד במצלמת ה-CMOS. כעת יש להתמקד בצד הדיסטלי של המערך לצורך כיול. קרן האובייקט מופנית על ידי מפליטי קרניים ומראות לשתי קרניים המופרדות מרחבית.מפחלק קרן נוסף מכוון את הקרניים אל עדשת מיקרוסקופ ומשם לעדשה הממוקדת במצלמת CCD. התאם את מיקוד עדשת המיקרוסקופ אל הקצה הדיסטלי של הסיב הרב-סיבי (multi-mode fiber). בדוק את המיקוד באמצעות העדשה ומצלמת ה-CCD כדי להבחין בהחזרה האחורית של האור מהסיב הרב-סיבי.עבדו עם העדשה האובייקטיבית בצד הפרוקסימלי (הקרוב) גם כן. השתמשו בה כדי לבצע קולימציה לאור היוצא מהסיב הרב-מודו. כעת התבוננו בתבנית ההתאבכות במצלמת ה-CMOS ופעלו לשינוי המרווח בין פסי ההתאבכות.פעולה זו מתבצעת על ידי כוונון המראות ומפיתי הקרן (beam splitters) בקרני הייחוס והאובייקט. דבר זה משנה את הזווית שבה קרני האובייקט והייחוס נחתכות במודולטור האור המרחבי, אשר צריכה להיות פחות ממעלה אחת. יש להפסיק כאשר המרווח בין פסי ההתאבכות הוא בערך בגודלם של שני פיקסלים.לבסוף, השתמש במקוטב הלינארי וכוונן את אוריינטציית שלו כך שתתאים לקיטוב של קרן האובייקט וקרן הייחוס. פעולה זו תיצור את הניגודיות המקסימלית בתמונת מצלמת ה-CMOS, שבה יופיעו פסיי מובחנים. רצף הכיול הראשון כולל מציאת יחסי הפיקסלים בין המודולטור של האור המרחבי (SLM) לבין מצלמת ה-CMOS.התחל עם קרן האובייקט מיד לאחר מפריד הקרניים המקטב. חסום את קרן האובייקט בין לוחית חצי הגל למפריד הקרניים הבא. לאחר מכן, עבוד עם אחת משתי קרני הייחוס מיד לאחר שעברו דרך המודולטורים האופטיים.חסמו רק אחד מהם כך שמתמר האור המרחבי יואר על ידי השני. צלמו תמונה של מתמר האור המרחבי באמצעות מצלמת ה-CMOS. השתמשו בתוכנה גרפית כדי לזהות את הקואורדינטות של הפינה השמאלית העליונה של המתמר, אשר תשמש כנקודת הראשית עבור מתמר האור המרחבי.בסיום, הסר את שני חסמי האלומה כדי להשלים את מציאת הקשר בין הפיקסלים של המודולטור של האור המרחבי (spatial light modulator) לבין מצלמת ה-CMOS. רצף הכיול הבא מיועד לנתיבי האות. בשלב זה, אלו הם נתיבי האלומה.השלב הראשון הוא לחסום את קרן העצם השנייה מיד לאחר שני מפליטי קרניים בנתיבה שלה. ולאחר מכן, לחסום את קרן הייחוס השנייה לאחר המודולטור של האור. לאחר מכן, השתמש במצלמת CMOS כדי לצלם תמונה של ההולוגרמה.ממסקנה זו, חשב את המופע ההפוך באזור אחד של קרן האור. המשך בהסרת המחסומים מהקרניים. לאחר מכן, חסום את קרן העצם הראשונה ואת קרן הייחוס הראשונה.חשבו את הפאזה ההפוכה באזור שתיים של קרן האור מתוך ההולוגרמה שנקלטה על ידי המצלמה. ודאו שכל חסמי הקרן הוסרו לפני ההמשך. ההגדרה לניסויי התמסורת פשוטה יותר.העברת האות אינה דורשת את מצלמת ה-CMOS וקרן העצם נחסמת. כעת, שתי קרני הייחוס מוחזרות משני אזורים של modulator האור המרחבי. משם, הקרניים המוחזרות עוברות דרך הסיב הרב-סיבי (multi-mode fiber) אל מצלמת ה-CCD.במחשב, הכינו את התמונה עבור המודולטור של האור המרחבי (spatial light modulator). עבור התמונה, סדרו את תמונות הפאזה ההפוכות של אזור אחת ושתיים במיקומיהן המתאימים. לאחר מכן, חברו תמונות אלו יחד לתצוגה על המודולטור של האור המרחבי באמצעות יציאת הגרפיקה של המחשב.בצעו את ההכנות הסופיות לניסוי בשולחן העבודה. קרני הייחוס עוברות דרך מודולטורים של עוצמת אור. הפעילו אותם בשתי קרני הייחוס כדי להמשיך.במחשב, צפו ותעדו את אותות הפלט ממצלמת ה-CCD. אלו הן תוצאות טיפוסיות שתועדו על ידי המצלמה בצד הדיסטלי לאחר שהאות עבר דרך סיב באורך שני מטרים. התמונות תואמות למצב שבו רק אות מספר אחת פועל.רק אות שני דולק. ושני האותות דולקים. בנוסף לפסגות הרצויות בכל תמונה, קיימת רעשי נצנוץ (speckle) עקב מגבלות של הצמדה פאזית אופטית דיגיטלית.ניתן להגדיל את יחס הפסגה לרקע על ידי שימוש בסיבים התומכים במספר רב יותר של אופני התפשטות (modes). קיימת הפרעה הדדית (cross talk) בין שני אותי הפלט המחזוריים. ספקטרום התדרים של אות 1 מראה את הפסגה הצפויה בתדר f1 ופסגה קטנה יותר בתדר f2.באופן דומה, ספקטרום התדרים של אות שני מציג את השיא הצפוי ב-f2 ושיא קטן יותר ב-f1. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לבצע התאמה מדויקת (mesh) בין המודולטור האופטי המרחבי לבין מצלמת ה-CMOS כדי שהצמידה הפאזית האופטית הדיגיטלית תפעל. כדי לשפר הליך זה, ניתן ליישם טכניקות כיול מבוססות-מודל כדי לבצע את התמסורת ללא גישה לקצה הדיסטלי של הסיב.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי אופן היישום של עיצוב גלים פרטני להעברה של אותות עצמאיים דרך סיב אופטי רב-סיבי (multi-mode fiber). לאחר פיתוחה, טכניקה חדשנית זו תסלול את הדרך עבור חוקרים בתחום האופטוגנטיקה לחקר מחלות ניווניות של מערכת העצבים באורגניזמי מודל, וכן בנוירונים או בתאי שריר לב (cardiomyocytes) המופקים מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושריים של בני אדם.

transmission-multiple-signals-through-an-optical-fiber-using

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

המאמר מתאר את הליך לאחסון מנות נתונים אופטיים עם אפנון שרירותי, אורך גל, וקצב הנתונים. מנות אלה הן הבסיס של תקשורת המודרנית.

חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

אנו מפתחים ולאפיין סיב אופטי פולימר הפרעות המשתמש לוקליזציה אנדרסון רוחבית כמנגנון waveguiding רומן. סיבי microstructured זה יכול להעביר קרן מקומית קטנה עם רדיוס כי ניתן להשוות את רדיוס האלומה של סיבים אופטיים קונבנציונליים.

ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור

אנו מתארים טכניקה לחריטת סורגי בראג סיבים זהים לכל ליבה של סיב מרובה ליבות. זה מושג על ידי הכנסת משטח נוסף לנתיב האופטי כדי להפחית את העדשה על ידי המשטח המעוקל של חיפוי הסיבים.

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

זיהוי פלואורסצנטי רב צבעוני במיקרופלואידיקה טיפתית כולל בדרך כלל מערכות גילוי מבוססות מיקרוסקופ אפיפלואורסצנטי מגושמות ומורכבות. כאן אנו מתארים ערכת זיהוי רב-צבעונית קומפקטית ומודולרית המשתמשת במערך של סיבים אופטיים כדי לקודד זמנית נתונים רב-צבעוניים שנאספו על ידי גלאי פוטו יחיד.

ססגוניות קרינת איתור עבור מיקרופלואידיקה אגל באמצעות סיבים אופטיים

אנו מראים כיצד לקודד מורכבים בתחום קרני לייזר באמצעות רכיב חד-פאזי. Interferometer קומון-נתיב הוא מועסק כדי לערבב את המידע שלב המוצג לתוך פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי סוף סוף לאחזר את התבנית הרצויה שדה מורכבים על הפלט של מערכת הדמיה אופטית.

בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי

שיטה מוצגת כדי לבנות מותאם אישית בעלות נמוכה, מצב נעול לייזר סיבים השני ליישומים פוטנציאליים מיקרוסקופ multiphoton, אנדוסקופיה, ו photomedicine. לייזר זה בנוי באמצעות חלקים זמינים מסחרית וטכניקות שחבור בסיסיות.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

מיקרוסקופ אופטי ברזולוציה גבוהה מבוססי שבב הוא גישה מקורית למיקרוסקופיה פלואורסצנטית ומציעה יתרונות ביעילות ובתפוקה. כאן, הפרוטוקולים להכנת השבבים וההדמיה מוצגים עבור מיקרוסקופ TIRF ומיקרוסקופ ברזולוציה סופר מבוססי-לוקליזציה.

כולל תפוקה גבוהה של השתקפות פנימית ומיקרוסקופ שחזור אופטי סטוכסטי אופטיים באמצעות שבב פוטוני

פרוטוקול זה מציג מדריך שלב אחר שלב לטכניקה המיקרוסקופית של אוטופלואורסצנציה רב-הרמונית (SLAM) סימולטנית, כולל פרטים כיצד ליצור את מקור אור הלייזר, להכין דגימת רקמה, לבצע הדמיה ולנתח את הנתונים. SLAM מקדם מיקרוסקופיה לא ליניארית על ידי מדידת ארבעה ניגודים משלימים ללא תוויות כדי לחקור את המיקרו-סביבה של הרקמה.

מיקרוסקופיה רב-הרמונית אוטופלואורסצנטית בו-זמנית ללא תוויות

מיקרוסקופיה אופטית ברזולוציה photoacoustic (OR-PAM) היא טכנולוגיה המתעוררים מסוגל קליטה הדמיה אופטית...

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

Biosensors ממשק עם סביבות מורכבות ביולוגיות ולבצע איתור ממוקד על ידי שילוב של חיישנים רגישים מאוד עם בדיקות ספציפיות ביותר המחוברים חיישן באמצעות שינוי פני השטח. הנה, אנחנו מדגימים functionalization פני השטח של חיישנים אופטיים עם סיליקה ביוטין באמצעות סוכני צימוד silane לגשר על חיישן את הסביבה הביולוגית.

הוספת בדיקות ביולוגיות Biosensors סיליקה אופטי באמצעות סוכני צימוד silane

למד שיטה מתקדמת להעברת אותות אור מרובים דרך סיב אופטי יחיד באמצעות עיצוב חזית גל ומודולטור אור מרחבי. טכניקה זו מאפשרת מיקוד מרחבי נפרד ומיושמת בביופוטוניקה והנדסת תקשורת.

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב

גלה סרטונים נוספים