La trasmissione di segnali multipli attraverso una fibra ottica Utilizzando Wavefront Shaping

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di trasmettere più segnali luminosi separati spazialmente attraverso una singola fibra multimodale, compensando al contempo la distorsione della luce mediante conversione di modalità all'interno della fibra. Questa nuova tecnica può aiutare a rispondere a domande chiave in biomedicina e ingegneria delle comunicazioni attraverso più cellule biologiche o canali di segnale di dati che devono essere espulsi individualmente. Il vantaggio principale di questa tecnica, che consente la modulazione temporale della luce spaziale, è che è necessario un solo modulatore di luce spaziale per calibrare e trasmettere più segnali indipendenti.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono a studi non invasivi e terapie prospettiche o disfunzioni neurologiche come il morbo di Parkinson. Mentre il monitoraggio e il controllo dei neuroni è una combinazione dell'utilizzo di segnali luminosi temporali spaziali. Generalmente le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà a causa dell'elevato sforzo per l'allineamento del passaggio ottico, che è inevitabile per una trasmissione di alta qualità.

L'esperimento si svolge su un banco ottico. Gli elementi ottici sono già stati predisposti. Alcuni elementi vengono utilizzati solo per la calibrazione.

Questo modulatore di luce spaziale è tra gli elementi utilizzati per la trasmissione del segnale dati sul lato prossimale della configurazione. Questa telecamera CCD è il ricevitore del segnale dati sul lato distale. Il segnale dati viaggia attraverso questa fibra ottica multimodale che collega i due lati.

Questo schema fornisce una panoramica dell'apparato e identifica gli elementi prossimali e distali. Un laser fornisce un fascio di luce coerente collimato che viene diviso da un divisore di fascio polarizzatore. Utilizzare le piastre a semionda per mantenere i due raggi a una potenza approssimativamente uguale.

Il raggio dell'oggetto va sul lato distale. Per ora concentrati sul raggio di riferimento che va sul lato prossimale. Dividere il raggio di riferimento in due con ogni raggio risultante che passa attraverso un modulatore ottico.

Quindi fai in modo che le due travi seguano lo stesso percorso con la separazione spaziale. Durante la calibrazione i fasci saranno sovrapposti dalla luce proveniente dal lato distale che viene fatta passare attraverso la fibra multimodale, un obiettivo per microscopio e un polarizzatore lineare, e alla fine interferiranno. Un divisore di fascio finale dirige i due fasci perpendicolarmente allo speciale modulatore di luce.

Nella preparazione dell'esperimento, assicurarsi di orientare il divisore di fascio polarizzatore in modo che la polarizzazione del raggio di riferimento si allinei con il modulatore di luce spaziale sensibile alla polarizzazione. Ai fini della calibrazione, i due fasci passano anche attraverso lenti focalizzate su una fotocamera CMOS. Si prega di notare che per il momento non viene visualizzato nulla sullo speciale modulatore di luce.

Pertanto il modulatore agisce come uno specchio durante la calibrazione. Lavora con le due lenti sul banco. Regola la loro posizione e la distanza tra loro.

L'obiettivo è ottenere un'immagine nitida dello speciale piano di modulazione della luce nella fotocamera CMOS. Ora concentrati sul lato distale della configurazione per la calibrazione. Il raggio dell'oggetto viene trasformato da divisori di fascio e specchi in due raggi spazialmente separati.

Un altro divisore di fascio dirige i raggi in un obiettivo da microscopio e da lì in un obiettivo focalizzato su una telecamera CCD. Al banco focalizzare l'obiettivo del microscopio sull'estremità distale della fibra multimodale. Controllare la messa a fuoco utilizzando l'obiettivo e la fotocamera CCD per osservare il riflesso posteriore della luce dalla fibra multimodale.

Lavora anche con la lente dell'obiettivo sul lato prossimale. Usalo per collimare la luce che esce dalla fibra multimodale. Ora visualizza il modello di interferenza sulla telecamera CMOS e lavora per modificare la spaziatura delle frange di interferenza.

Questo viene fatto regolando gli specchi e i divisori di fascio nei raggi di riferimento e di oggetto. Questo cambia l'angolo con cui l'oggetto e i raggi di riferimento si intersecano al modulatore di luce spaziale, che dovrebbe essere inferiore a un grado. Arrestare quando la spaziatura dei margini di interferenza ha all'incirca le dimensioni di due pixel.

Infine lavora con il polarizzatore lineare, regola il suo orientamento in modo che corrisponda alla polarizzazione dell'oggetto e ai raggi di riferimento. Questo produrrà il massimo contrasto nell'immagine della telecamera CMOS che mostrerà frange distinte. La prima sequenza di calibrazione consiste nell'individuare la relazione dei pixel tra il modulatore di luce spaziale e la telecamera CMOS.

Iniziare con il raggio dell'oggetto subito dopo il divisore di fascio polarizzatore. Bloccare il raggio dell'oggetto tra la piastra a semionda e il divisore di raggio successivo. Quindi, lavorare con uno dei due raggi di riferimento subito dopo che sono passati attraverso i modulatori ottici.

Blocca solo uno di essi in modo che il modulatore di luce spaziale sia illuminato dall'altro. Cattura un'immagine del modulatore di luce spaziale con la fotocamera CMOS. Utilizza un software grafico per identificare le coordinate dell'angolo in alto a sinistra del modulatore, che fungerà da punto di origine per il modulatore di luce spaziale.

Al termine, rimuovere entrambi i blocchi del raggio per completare la ricerca della relazione pixel tra il modulatore di luce spaziale e la telecamera CMOS. La sequenza di calibrazione successiva è per i percorsi del segnale. A questo punto questi sono i percorsi del fascio.

Il primo passo è bloccare il raggio dell'oggetto due subito dopo due divisori di raggio sul suo percorso. E per bloccare il raggio di riferimento due dopo il modulatore di luce. Quindi, usare la fotocamera CMOS per acquisire un'immagine dell'ologramma.

Da questo, calcolare la fase invertita nella regione uno della trave. Continuate rimuovendo i blocchi dalle travi. Quindi, bloccare il raggio dell'oggetto uno e il raggio di riferimento uno.

Calcolare la fase invertita nella regione due del raggio dall'ologramma catturato dalla fotocamera. Assicurarsi di rimuovere tutti i blocchi di travi prima di procedere. La configurazione per gli esperimenti di trasmissione è più semplice.

La trasmissione del segnale non richiede la telecamera CMOS e il raggio dell'oggetto è bloccato. Ora i due raggi di riferimento vengono riflessi da due regioni del modulatore di luce spaziale. Da lì, i raggi riflessi passano attraverso la fibra multimodale fino alla telecamera CCD.

Al computer, preparare l'immagine per il modulatore di luce spaziale. Per l'immagine, disporre le immagini della regione uno e due della fase invertita nelle posizioni corrispondenti. Quindi, unisci queste immagini per visualizzarle sul modulatore di luce spaziale utilizzando la sua porta di computer grafica.

Al banco fare gli ultimi preparativi per l'esperimento. I fasci di riferimento passano attraverso modulatori di intensità luminosa. Attivarli su entrambe le travi di riferimento per procedere.

Al computer osservare e registrare i segnali di uscita dalla telecamera CCD. Questi sono i risultati tipici registrati dalla telecamera sul lato distale dopo che il segnale ha attraversato una fibra lunga due metri. Le immagini corrispondono al solo segnale di accensione uno.

Solo il segnale due è acceso. Ed entrambi i segnali sono accesi. Oltre ai picchi desiderati in ogni immagine, c'è una macchiolina dovuta alle limitazioni della coniugazione di fase ottica digitale.

Il rapporto picco/sfondo può essere aumentato utilizzando fibre che supportano un numero maggiore di modalità. C'è diafonia tra i due segnali di uscita periodici. Lo spettro di frequenza del segnale uno mostra il picco atteso alla frequenza f1 e uno più piccolo alla frequenza f2.

Allo stesso modo, lo spettro di frequenza del segnale due ha il picco previsto a f2 e uno più piccolo a f1. Durante il tentativo di questa procedura, è importante collegare attentamente il modulatore di luce spaziale e la fotocamera CMOS affinché la coniugazione di fase ottica digitale funzioni. Al fine di migliorare questa procedura, è possibile applicare tecniche di calibrazione basate su modelli per eseguire la trasmissione senza accesso all'estremità distale della fibra.

Dopo aver visto questo video dovresti avere una buona comprensione di come applicare la modellazione d'onda individuale per la trasmissione di segnali indipendenti attraverso una fibra multimodale. Dopo il suo sviluppo, questa nuova tecnica aprirà la strada ai ricercatori in optogenetica per esplorare le malattie neurodegenerative negli organismi modello e nei neuroni o cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane.