파면 정형을 이용하여 광섬유를 통해 다중 신호 전송

이 절차의 전반적인 목표는 단일 다중 모드 광섬유를 통해 공간적으로 분리된 여러 개의 개별 광 신호를 전송하는 동시에 광섬유 내부의 모드 변환을 통해 광 왜곡을 보상하는 것입니다. 이 새로운 기술은 여러 생물학적 세포 또는 데이터 신호 채널을 통해 생물 의학 및 통신 공학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 공간적 시간광 변조를 가능하게 하는 이 기술의 주요 장점은 여러 개의 독립적인 신호를 보정하고 전송하는 데 단일 공간 광 변조기만 필요하다는 것입니다.

이 기술의 의미는 비침습적 연구 및 전향적 치료 또는 파킨슨병과 같은 신경학적 기능 장애로 확장됩니다. 뉴런의 모니터링 및 제어는 공간적 시간 광 신호를 사용하는 것과 결합됩니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 고품질 전송을 위해 불가피한 광학 패스의 정렬을 위한 높은 노력으로 인해 어려움을 겪을 것입니다.

실험은 광학 벤치에서 진행됩니다. 광학 요소는 이미 배치되어 있습니다. 일부 요소는 보정에만 사용됩니다.

이 공간 광 변조기는 설정의 근접 측에서 데이터 신호 전송에 사용되는 요소 중 하나입니다. 이 CCD 카메라는 원위부의 데이터 신호 수신기입니다. 데이터 신호는 양측을 연결하는 이 다중 모드 광섬유를 통해 이동합니다.

이 회로도는 장치에 대한 개요를 제공하고 근위 및 원위 요소를 식별합니다. 레이저는 편광 빔 스플리터에 의해 분할되는 시준된 코히어런트 광선을 제공합니다. 반파 플레이트를 사용하여 두 빔을 거의 동일한 출력으로 유지하십시오.

물체 빔은 원위부로 이동합니다. 지금은 근위부로 가는 reference beam에 초점을 맞춥니다. reference beam을 두 개로 분할하여 각 결과 빔이 optical modulator를 통과합니다.

그런 다음 두 빔이 공간 분리와 동일한 경로를 따르도록 합니다. 보정하는 동안 빔은 다중 모드 광섬유, 현미경 대물렌즈 및 선형 편광자를 통과하는 원위측의 빛에 의해 중첩되고 결국 간섭합니다. 최종 빔 스플리터는 두 개의 빔을 특수 광 변조기에 수직으로 향하게 합니다.

실험을 준비할 때 reference beam의 편광이 polarization sensitive spatial light modulator와 정렬되도록 편광 빔 스플리터의 방향을 지정해야 합니다. 보정을 위해 두 개의 빔은 CMOS 카메라에 초점을 맞춘 렌즈도 통과합니다. 현재로서는 특수 광 변조기에 아무 것도 표시되지 않습니다.

따라서 변조기는 교정 중에 거울과 같은 역할을 합니다. 벤치에서 두 개의 렌즈로 작업합니다. 위치와 그들 사이의 거리를 조정하십시오.

목표는 CMOS 카메라에서 특수 광 변조 평면의 선명한 이미지를 얻는 것입니다. 이제 보정을 위해 설정의 원위 쪽에 초점을 맞춥니다. 물체 빔은 빔 스플리터와 미러에 의해 공간적으로 분리된 두 개의 빔으로 변환됩니다.

또 다른 빔 스플리터는 빔을 현미경 대물렌즈로 보내고 거기에서 CCD 카메라에 초점을 맞춘 렌즈로 보냅니다. 벤치에서 현미경 대물렌즈를 다중 모드 광섬유의 말단부에 초점을 맞춥니다. 렌즈와 CCD 카메라를 사용하여 초점을 확인하여 다중 모드 광섬유에서 나오는 빛의 후면 반사를 관찰합니다.

근위부에서도 대물렌즈로 작업하십시오. 이를 사용하여 다중 모드 광섬유에서 나오는 빛을 시준합니다. 이제 CMOS 카메라에서 간섭 패턴을 보고 간섭 무늬 간격을 변경하는 작업을 합니다.

이것은 참조 빔과 객체 빔에서 미러와 빔 스플리터를 조정하여 수행됩니다. 이렇게 하면 물체와 참조 빔이 공간 광 변조기에서 교차하는 각도가 변경되며, 이 각도는 1도 미만이어야 합니다. 간섭 무늬 간격이 대략 2픽셀 크기일 때 중지합니다.

마지막으로 linear polarizer로 작업하고 물체와 reference beam의 편광과 일치하도록 방향을 조정합니다. 이렇게 하면 CMOS 카메라 이미지에서 뚜렷한 언저리가 표시되는 최대 대비가 생성됩니다. 첫 번째 캘리브레이션 시퀀스는 공간 광 변조기와 CMOS 카메라 간의 픽셀 관계를 찾는 것과 관련이 있습니다.

편광 빔 스플리터 바로 뒤에 있는 물체 빔부터 시작합니다. 반파장판과 다음 빔 스플리터 사이의 물체 빔을 차단합니다. 다음으로, 두 개의 reference beam이 optical modulators를 통과한 직후 하나로 작업합니다.

그 중 하나만 차단하여 공간 광 변조기가 다른 하나에 의해 조명되도록 합니다. CMOS 카메라로 공간 광 변조기의 이미지를 캡처합니다. 그래픽 소프트웨어를 사용하여 변조기의 왼쪽 상단 모서리 좌표를 식별하면 공간 광 변조기의 원점 역할을 합니다.

완료되면 두 빔 블록을 모두 제거하여 공간 광 변조기와 CMOS 카메라 간의 픽셀 관계를 찾는 작업을 완료합니다. 다음 보정 순서는 신호 경로에 대한 것입니다. 이 시점에서 이것이 빔 경로입니다.

첫 번째 단계는 경로에서 두 개의 빔 스플리터 바로 뒤에 있는 물체 빔 2를 차단하는 것입니다. 그리고 광 변조기 뒤에 2개의 기준 빔을 차단하기 위해. 그런 다음 CMOS 카메라를 사용하여 홀로그램의 이미지를 캡처합니다.

이로부터 빔의 영역 1에서 반전된 위상을 계산합니다. 빔에서 블록을 제거하여 계속합니다. 다음으로, 블록 객체 빔 1과 참조 빔 1을 클릭합니다.

카메라에서 캡처한 홀로그램에서 빔의 영역 2에서 반전된 위상을 계산합니다. 계속하기 전에 모든 빔 블록을 제거해야 합니다. 변속기 실험을 위한 설정은 더 간단합니다.

신호 전송에는 CMOS 카메라가 필요하지 않으며 물체 빔이 차단됩니다. 이제 두 개의 참조 빔이 공간 광 변조기의 두 영역에서 반사됩니다. 거기에서 반사된 빔은 다중 모드 광섬유를 통해 CCD 카메라로 전달됩니다.

컴퓨터에서 공간 광 변조기에 대한 이미지를 준비합니다. 이미지의 경우, 영역 1 및 2개의 반전 위상 이미지를 해당 위치에 정렬합니다. 그런 다음 컴퓨터 그래픽 포트를 사용하여 공간 광 변조기에 표시하기 위해 이러한 이미지를 함께 연결합니다.

벤치에서 실험을 위한 최종 준비를 합니다. reference beam은 light intensity modulators를 통과합니다. 계속하려면 두 참조 빔에서 이 기능을 활성화합니다.

컴퓨터에서 CCD 카메라의 출력 신호를 관찰하고 기록합니다. 이는 신호가 2미터 길이의 광섬유를 통과한 후 원위측에서 카메라가 기록한 일반적인 결과입니다. 이미지는 신호 하나가 켜져 있다는 신호에만 해당합니다.

신호 2개만 켜져 있습니다. 그리고 두 신호 모두 켜져 있습니다. 각 이미지에서 원하는 피크 외에도 디지털 광학 위상 접합(digital optical phase conjugation)의 한계로 인한 스페클이 있습니다.

피크 대 배경 비율은 더 많은 수의 모드를 지원하는 파이버를 사용하여 증가시킬 수 있습니다. 두 개의 주기적 출력 신호 사이에는 혼선이 있습니다. 신호 1의 주파수 스펙트럼은 주파수 f1에서 예상 피크를 보여주고 주파수 f2에서 더 작은 피크를 보여줍니다.

마찬가지로, 신호 2의 주파수 스펙트럼은 f2에서 예상 피크를 가지며, f1에서 더 작은 피크를 갖습니다. 이 절차를 시도하는 동안 디지털 광학 위상 접합이 작동하도록 공간 광 변조기와 CMOS 카메라를 신중하게 메쉬하는 것이 중요합니다. 이 절차를 향상시키기 위해 모델 기반 보정 기술을 적용하여 광섬유의 말단 단부에 접근하지 않고 전송을 수행할 수 있습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 다중 모드 광섬유를 통한 독립 신호 전송을 위해 개별 파형을 적용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 개발 후 이 새로운 기술은 광유전학 연구자들이 모델 유기체뿐만 아니라 인간 유도 만능 줄기 세포 유래 뉴런 또는 심근세포에서 신경퇴행성 질환을 탐구할 수 있는 길을 열 것입니다.