Name: Transmissie van meerdere signalen door middel van een optische vezel met behulp van Golffront Shaping (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: Leer golfvormvorming met een ruimtelijke lichtmodulator voor het transporteren van meerdere lichtsignalen door een enkele multimode optische vezel. Deze methode biedt toepassingen in biophotonica en communicatietechniek.

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

De financiële ondersteuning door DFG (Duitse onderzoeksstichting, project CZ 55/30-1) voor delen van dit werk wordt met dank erkend.

1. Montage van de experimentele opstelling <ol><li> De voorbereiding van de proximale zijde <ol><li> Plaats en bevestig de laser die een gecollimeerde lichtstraal - of gebruik een gevezelde laser met collimatie optiek bij de uitgang facet van de vezel. </li><li> Zet de polariserende bundelsplitser (PBS) om de laserbundel te splitsen in referentie- en objectbundel. Draai de oriëntatie van het halve golfplaten (HWP) door rotatie van de HWP in zijn rotatie gebruikt totdat de kracht van de referentiebundel en de voorwerpbundel (aan de distale zijde) ongeveer gelijk. Controleer dit door een scherm in het referentie- en het object balk. Kies de oriëntatie van de PBS zodat de polarisatie van de referentiebundel past de polarisatiegevoelige ruimtelijke lichtmodulator (SLM). </li><li> Liep bundelsplitser (BS) in de referentiebundel naar de referentiebundel gesplitst in twee bundels. Plaats de optische modulatoren (OM) zodat deze twee bundels uit BS1 kan passeren OM1 en OM2 resp. &lt;/ Li&gt; <li> Combineer de twee bundels passeren OM1 en OM2 bij BS2 dienst twee spiegels. Stel de bundelsplitsers en spiegels zodat beide bundels ruimtelijk gescheiden. </li><li> uitlijnen BS5 zorgvuldig zodat de richting van inval van beide bundels loodrecht op de pixel vlak van de SLM, negeren BS3 en BS4 aanvankelijk. Eerst wordt er niets op het SLM, dat wil zeggen, het werkt als een spiegel tot het einde van de kalibratie (tijdens stap 2). </li><li> Stel de positie en de afstand tussen de twee lenzen (L) die een Kepler telescoop om een ​​scherp beeld van de SLM op het vlak Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) camera te halen. Bekijk de correcte oriëntatie van L1 en L2 (vlakke zijden tegenover elkaar) aberraties te minimaliseren. </li></ol></li><li> De voorbereiding van de distale zijde <ol><li> Gebruik BS7 de objectbundel gesplitst in twee bundels en combineren op BS8 dienst twee spiegels. Nogmaals, pas de balk splitters en mirrors zodat beide bundels ruimtelijk gescheiden. </li><li> Afbuigen beide bundels met behulp BS9 om hen te streven naar de microscoop doelstelling (OBJ). Focus obj2 op het distale uiteinde van de multimode vezel (MMF). Controleer de scherpstelling en houdt de achterkant reflectie van de MMF gebruik L3 en een ladingsgekoppelde inrichting (CCD) camera. </li></ol></li><li> Aansluiten proximale en distale zijde <ol><li> Richt het licht van het object balk verlaten van de MMF dienst obj1. </li><li> Splits de object balk met behulp van BS6, negeer de lineaire polarisator (LP) op het eerste. Combineer beide object balken met beide referentie-stralen bij BS3 en BS4 het gebruik van een spiegel. Stel de bundelsplitsers en spiegels zodat elk paar referentie en balk object overlap de SLM, doorsnijdt een kleine hoek (minder dan 1 °). </li><li> Zorg ervoor dat de macht van de referentie en de object balk ongeveer gelijk zijn door het draaien van de oriëntatie van de HWP, volgens stap 1.1.2. </li><li> Controleer de storing pattern (off-axis-hologram) aan de CMOS-camera en dienovereenkomstig aan te passen de kruising hoek. Verhoog de hoek, totdat de interferentierand tussenruimte ongeveer gelijk aan de grootte van twee pixels van de CMOS-camera. </li><li> Stel de oriëntatie van de LP om de polarisatie van het object en referentie-bundel te passen met het oog op een maximaal contrast van het interferentiepatroon imago van de CMOS-camera in te krijgen, zodat het camerabeeld toont duidelijke franjes. </li></ol></li></ol> 2. Het kalibreren van de System <ol><li> Het kalibreren van de pixel relatie tussen SLM en CMOS <ol><li> Verlichten de hele SLM slechts één van de referentiebundels en blokkeren de andere hand en objecten balken. </li><li> Leg een afbeelding van de SLM met de CMOS camera. </li><li> Haal de coördinaten van de linkerbovenhoek van de SLM imago van de CMOS-camera in, bijvoorbeeld met behulp van grafische software en de muiscursor op de PC. Gebruik deze pixel coördinaten als het punt van oorsprongover de SLM. </li><li> Verwijder al balksloffen. </li></ol></li><li> Kalibreren van de signaalwegen <ol><li> Blokkeer beide referentiebundel 2 en object beam 2. </li><li> Leg een beeld van het hologram met de CMOS-camera. Evalueer de fase in het hologram opgenomen met behulp hoekspectrum methode 19. Bereken de omgekeerde fase van het overeenkomstige gebied van de balk 1. </li><li> Verwijder de voormalige balksloffen en nu te blokkeren zowel referentie bundel 1 en object beam 1. </li><li> Leg een beeld van het hologram met de CMOS-camera. Meet de fase van het hologram opgenomen met behulp hoekspectrum werkwijze weer. Bereken de omgekeerde fase bij het overeenkomstige gebied van de balk 2. </li><li> Verwijder al balksloffen. </li></ol></li></ol> 3. Het overbrengen van de Signals <ol><li> Blokkeer de object balk. </li><li> Steek de berekende omgekeerde fase opnamen worden aan de overeenkomstige gebieden van de balk 1 en 2 samen en weergevenhele beeld op de SLM, meestal met behulp van de computer graphics port. </li><li> Start de modulatie van de ingangssignalen 1 en 2 door het activeren OM1 en OM2. </li><li> Neem de uitgangssignalen 1 en 2 op de CCD camera. </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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De montage van de experimentele opstelling (stap 1 in het protocol) is een grondige uitlijning van de optische componenten ten opzichte van elkaar. Het belangrijkste aspect is de rechthoekige incidentie van de referentiebundels op de SLM om een ​​hoge PBR waarborgen. Om de installatie meer dan twee verzonden signalen versterken, zouden aanvullende bundelsplitsers worden gebruikt. Als alternatief zou een op vezel gebaseerde implementatie compacter en robuuster zodat het systeem draagbaar ...

De overdracht van meerdere lichtsignalen door een multimode fiber (MMF) is duidelijk in communicatie-engineering 1 en biofotonica 2. In de communicatietechniek, wordt ruimte multiplexen (SDM) die geacht een levensvatbare oplossing om de transportcapaciteit van optische vezels voor toekomstige gegevensoverdracht toepassingen waarvoor een hogere gebruik van de beperkte ruimte, verbetering vergeleken met meerdere monomode vezels 3. In biofotonica, zijn biologische monsters gemanipuleerd door lichtdoorlatend door een MMF endoscoop 4. Bijvoorbeeld, de onafhankelijke optische controle van individuele neuronen via MMF endoscopen van belang voor optogenetics om neuronale netwerken te bestuderen in de hersenen 5. De licht geprojecteerd op de MMF ingang facet is onderworpen aan vervorming door mode menging en dispersie tijdens propagatie de Output facet van de MMF. Hierdoor wordt de lichtpropagatie veranderen, wat signaaloverdracht moeilijk maakt. Wavefront vormgeven methoden 6, 7 worden toegepast in verstrooiing media met behulp van spatial light modulators (SLM) en schakel de compensatie voor de verstoring als gevolg van verstrooiing tijdens lichte propagatie 8. Er zijn iteratieve benaderingen die de uitgang met een optische feedback 9 optimaliseren. Deze benaderingen zijn tijdrovend vanwege de noodzaak van talrijke herhalingen en de grote mate van vrijheid, die overeenkomt met een groot aantal elementen modulator. Een andere benadering is om de vervorming binnen het door de transmissie matrix 10 MMF volledig te karakteriseren. Als het aantal toestanden te verzenden is groot, dit tijdrovend ook. Daarentegen wordt digitale optische faseconjugatie (DOPC) beschouwd alssnelle en hier voordelig, omdat slechts weinig focale vlekken moeten worden gegenereerd aan de uitgang facet van de MMF. Faseconjugatie benaderingen zijn ook aangetoond voor het focusseren of beeldvorming door middel van biologisch weefsel 12, 13, 14. Tot dusver DOPC werd toegepast voor een tijdsignaal slechts 15, 16, en voor de transmissie van licht werd toegepast via een MMF 17. Een DOPC aanpak voor meerdere onafhankelijke signalen is nog niet volbracht. We hebben een verbeterde DOPC methode die de onafhankelijke transmissie van meerdere lichtsignalen met behulp van individuele golffront vormgeven voor elk signaal het gebruik van een enkel fase-single SLM 18 ontwikkeld. Hiertoe wordt de SLM gesegmenteerd in gebieden, één voor elke over te dragen signaal. De voorgestelde experimentele opstelling is weergegeven in figuur 1Wanneer een kalibratie wordt uitgevoerd in a) voor de eigenlijke overdracht gebeurt in b). <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> Figuur 1: Experimentele setup. BS = bundelsplitser, CCD = ladingsgekoppelde inrichting, OM = optische modulator, CMOS = Complementary Metal-Oxide Semiconductor, HWP = halve golfplaat, L = lens, LP = lineaire polarisator, MMF = multimode vezel, OBJ = microscoop objectief, PBS = polariserende bundelsplitser, SLM = ruimtelijke lichtmodulator (fase only) - alleen relevant balken voor (a) de kalibratie en (b) de overdracht zijn afgebeeld <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

<table><tbody><tr><td>spatial light modulator</td><td>Holoeye</td><td>PLUTO-VIS-016</td><td></td></tr><tr><td>CMOS camera</td><td>Mikrotron</td><td>MC4082</td><td></td></tr><tr><td>diode-pumped solid state laser</td><td>Laser Quantum</td><td>torus 532</td><td></td></tr><tr><td>CCD camera</td><td>IDS</td><td>U3-3482LE-M CMOS</td><td>camera; suitable as well</td></tr><tr><td>lens 1</td><td>Qioptiq</td><td>G063204000</td><td></td></tr><tr><td>lens 2</td><td>Qioptiq</td><td>G063203000</td><td></td></tr><tr><td>lens 3</td><td>Thorlabs</td><td>AC508-180-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>multimode fiber</td><td>Thorlabs</td><td>M14L02</td><td></td></tr><tr><td>beam splitters</td><td>Thorlabs</td><td>BS013</td><td>9x</td></tr><tr><td>polarizing beam splitters</td><td>Thorlabs</td><td>PBS251</td><td></td></tr><tr><td>mirrors</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td>5x</td></tr><tr><td>microscope objectives</td><td>Thorlabs</td><td>RMS20X</td><td>2x</td></tr><tr><td>half wave plates</td><td>Thorlabs</td><td>WPH10M-532</td><td>2x</td></tr><tr><td>linear polarizer</td><td>Thorlabs</td><td>LPVISB050-MP2</td><td></td></tr><tr><td>optical modulators</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000B-EC</td><td>2x</td></tr><tr><td>linear and rotation stage for CMOS camera</td><td>Thorlabs</td><td>XYR1/M</td><td></td></tr><tr><td>fiber connector</td><td>Thorlabs</td><td>S120-SMA</td><td>2x</td></tr><tr><td>reducing ring for microscope objectives</td><td>Qioptiq</td><td>G061621000</td><td>2x</td></tr><tr><td>xy adjustment for objective adapters</td><td>Qioptiq</td><td>G061025000</td><td>2x</td></tr><tr><td>z translation mount for fiber adapter</td><td>Thorlabs</td><td>SM1Z</td><td>2x</td></tr><tr><td>rods for fiber alignment to objectives</td><td>Qioptiq</td><td>G061210000</td><td>8x</td></tr><tr><td>mounts for lenses 1 and 2 plus two phantom mounts</td><td>Qioptiq</td><td>G061047000</td><td>4x</td></tr><tr><td>rail carriers for objective and lens mounts</td><td>Qioptiq</td><td>G061372000</td><td>6x</td></tr><tr><td>rail for rail carriers</td><td>Qioptiq</td><td>G061359000</td><td>2x</td></tr><tr><td>adapter for CCD camera to 1 post</td><td></td><td></td><td>in-house</td></tr><tr><td>adapter for laser to 4 posts</td><td></td><td></td><td>in-house</td></tr><tr><td>mount for lens 3</td><td>Thorlabs</td><td>LMR2/M</td><td></td></tr><tr><td>mounts for half wave plates</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1D/M</td><td>2</td></tr><tr><td>mounts for mirrors</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td>5x</td></tr><tr><td>mount for linear polarizer</td><td>Thorlabs</td><td>RSP05/M</td><td></td></tr><tr><td>mounts for beam splitters and SLM</td><td>Thorlabs</td><td>KM100PM/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>clamping arms for beam splitters and SLM</td><td>Thorlabs</td><td>PM4/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>posts for mounts, rail carriers and adapters</td><td>Thorlabs</td><td>TR75/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>holders for posts</td><td>Thorlabs</td><td>PH50/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>pedestals for holders</td><td>Thorlabs</td><td>BE1/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>clamping forks for pedestals</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>29x</td></tr></tbody></table>

transmissie van meerdere signalen door middel van een optische vezel met behulp van golffront shaping

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

De transmissie van meerdere onafhankelijke optische signalen via een multimode vezel wordt uitgevoerd onder toepassing golffront vormen ter compensatie van de lichte vervorming tijdens de propagatie in de vezel. Onze methodiek is gebaseerd op de digitale optische fase vervoeging gebruik slechts een enkele ruimtelijke lichtmodulator, waar de optische golffront afzonderlijk in verschillende regio&#39;s van de modulator wordt gemoduleerd, één regio per lichtsignaal. Digitale optische faseconjugatie methoden worden als sneller dan andere benaderingen golffront vormen, waarbij (bijvoorbeeld) een volledige bepaling van de golfvoortplanting gedrag van de vezel uitvoerbaar is. In tegenstelling, de gepresenteerde benadering tijdbesparende aangezien het slechts één kalibratie per lichtsignaal vereist. De voorgestelde methode is potentieel geschikt voor ruimtelijke division multiplexing in communicatie-engineering. Verdere toepassingsgebieden zijn endoscopische licht levering in biofotonica, vooral in de optogenetics, waarin enkelvoudige cellen in biologisch weefsel selectief worden belicht met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie.

<html> Typische uitgangssignalen aan de distale zijde van 2 m lange vezels zijn weergegeven in figuur 2. Merk op dat de gewenste brandpunt (piek) gaat gepaard met een ongewenste speckle patroon (achtergrond), die het gevolg is van de onvolmaaktheid DOPC als principieel. De bijbehorende piek-tot-achtergrond ratio (PBR) bedraagt ​​53 (enkel signaal 1 is &#39;op&#39;), 36 (enkel signaal 2 op &#39;on&#39;) en 20 (beide signalen 1 en 2 zijn &#39;on&#39;) hier, respectievelijk ...

We demonstreren de transmissie van meerdere onafhankelijke signalen door een multimodevezel met behulp van golffrontvorming met behulp van een enkele ruimtelijke lichtmodulator. Door de golffront voor elk signaal afzonderlijk te moduleren, worden ruimtelijk gescheiden foci verzonden. Mogelijke toepassingen zijn multiplexte gegevensoverdracht in de communicatietechniek en endoscopische lichtlevering in biofotonica.

Transmissie van meerdere signalen door middel van een optische vezel met behulp van Golffront Shaping

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

Het algemene doel van deze procedure is om meerdere individuele, ruimtelijk gescheiden lichtsignalen door een enkele multimodusvezel te verzenden, terwijl de lichtvervorming wordt gecompenseerd door modusconversie binnen de vezel. Deze innovatieve techniek kan helpen bij het beantwoorden van cruciale vragen in de biomedische wetenschappen en de communicatietechnologie waarbij meerdere biologische cellen of datasignaalkanalen afzonderlijk moeten worden geëxtraheerd. Het belangrijkste voordeel van deze techniek, die ruimtelijk-temporele lichtmodulatie mogelijk maakt, is dat er slechts één ruimtelijke lichtmodulator nodig is om zowel meerdere onafhankelijke signalen te kalibreren als te verzenden.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot niet-invasieve studies en prospectieve therapieën voor neurologische dysfuncties zoals de ziekte van Parkinson. Terwijl de monitoring en controle van neuronen een combinatie is van het gebruik van spatio-temporele lichtsignalen. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben vanwege de aanzienlijke inspanning die nodig is voor de uitlijning van het optische pad, wat onvermijdelijk is voor een hoogwaardige transmissie.Het experiment vindt plaats op een optische bank. De optische elementen zijn reeds opgesteld. Sommige elementen worden uitsluitend gebruikt voor kalibratie.Deze ruimtelijke lichtmodulator behoort tot de elementen die worden gebruikt voor de transmissie van datasignalen aan de proximale zijde van de opstelling. Deze CCD-camera is de ontvanger van het datasignaal aan de distale zijde. Het datasignaal verplaatst zich via deze multimode optische vezel die de twee zijden met elkaar verbindt.Dit schema geeft een overzicht van de opstelling en identificeert de proximale en distale elementen. Een laser levert een gecollimeerde coherente lichtstraal die wordt gesplitst door een polariserende bundelsplitser. Gebruik de halve-golfplaten om de twee stralen op ongeveer gelijk vermogen te houden.De objectbundel gaat naar de distale zijde. Focus voor nu op de referentiebundel die naar de proximale zijde gaat. Splits de referentiebundel in tweeën, waarbij elke resulterende bundel door een optische modulator gaat.Laat vervolgens de twee stralen hetzelfde pad volgen met de ruimtelijke scheiding. Tijdens de kalibratie worden de stralen gesuperponeerd door licht van de distale zijde dat door de multi-mode vezel, een microscoopobjectief en een lineaire polarisator wordt geleid, om uiteindelijk te interfereren. Een laatste bundelsplitser richt de twee stralen loodrecht op de speciale lichtmodulator.Zorg bij de voorbereiding van het experiment dat de polariserende bundelsplitser zo is georiënteerd dat de polarisatie van de referentiestraal is uitgelijnd met de polarisatiesensitieve ruimtelijke lichtmodulator. Voor kalibratiedoeleinden passeren de twee stralen tevens lenzen die zijn gefocust op een CMOS-camera. Let op dat er op dit moment niets wordt weergegeven op de ruimtelijke lichtmodulator.Daarom fungeert de modulator als een spiegel tijdens de kalibratie. Werk met de twee lenzen op de werkbank. Pas hun positie en de afstand tussen hen aan.Het doel is om een scherp beeld van het vlak van de speciale lichtmodulator in de CMOS-camera te verkrijgen. Focus nu voor de kalibratie op de distale zijde van de opstelling. De objectstraal wordt door bundelsplitters en spiegels getransformeerd in twee ruimtelijk gescheiden stralen.Een andere bundelsplitser geleidt de bundels naar een microscoopobjectief en van daaruit naar een lens die is gefocust op een CCD-camera. Focus op de werkbank het microscoopobjectief op het distale uiteinde van de multi-mode vezel. Controleer de focus met behulp van de lens en de CCD-camera om de terugkaatsing van het licht van de multi-mode vezel waar te nemen.Werk ook met het objectief aan de proximale zijde. Gebruik dit om het licht dat de multimodevezel verlaat te collimeren. Bekijk nu het interferentiepatroon op de CMOS-camera en probeer de afstand tussen de interferentiefranjes te veranderen.Dit wordt gedaan door de spiegels en straalsplitsers in de referentie- en objectbundels af te stellen. Hierdoor verandert de hoek waaronder de object- en referentiebundels elkaar snijden bij de ruimtelijke lichtmodulator, welke minder dan één graad moet bedragen. Stop wanneer de afstand tussen de interferentiefranjes ongeveer de grootte van twee pixels is.Werk tot slot met de lineaire polarisator en pas de oriëntatie aan om deze af te stemmen op de polarisatie van de object- en referentiestralen. Dit zal het maximale contrast opleveren in het CMOS-camera-beeld, waarin duidelijke interferiestrepen zichtbaar zullen zijn. De eerste kalibratiesequentie houdt in dat de pixelrelatie tussen de ruimtelijke lichtmodulator en de CMOS-camera wordt bepaald.Begin met de objectstraal direct na de polariserende bundelsplitter. Blokkeer de objectstraal tussen de halve-golfplaat en de volgende bundelsplitter. Werk vervolgens met een van de twee referentiestralen direct nadat deze door de optische modulatoren zijn gegaan.Blokkeer er slechts één, zodat de ruimtelijke lichtmodulator door de andere wordt verlicht. Leg een afbeelding van de ruimtelijke lichtmodulator vast met de CMOS-camera. Gebruik grafische software om de coördinaten van de linkerbovenhoek van de modulator te bepalen, die zal dienen als het oorsprongspunt voor de ruimtelijke lichtmodulator.Wanneer dit is voltooid, worden beide straalblokkeringen verwijderd om het bepalen van de pixelrelatie tussen de ruimtelijke lichtmodulator en de CMOS-camera af te ronden. De volgende kalibratiesequentie is bedoeld voor de signaalpaden. Op dit punt zijn dit de straalpaden.De eerste stap is om objectstraal twee te blokkeren vlak na de twee bundelsplitters in het pad ervan. En om referentiestraal twee te blokkeren na de lichtmodulator. Gebruik vervolgens de CMOS-camera om een afbeelding van het hologram vast te leggen.Bereken op basis hiervan de omgekeerde fase in regio één van de bundel. Ga verder door de blokken uit de bundels te verwijderen. Blok vervolgens objectbundel één en referentiebundel één.Bereken de geïnverteerde fase in regio twee van de bundel op basis van het door de camera vastgelegde hologram. Zorg ervoor dat alle bundelblokkeringen zijn verwijderd voordat u verdergaat. De opstelling voor de transmissie-experimenten is eenvoudiger.Signaaloverdracht vereist geen CMOS-camera en de objectstraal is geblokkeerd. Nu worden de twee referentiestralen gereflecteerd vanuit twee regio's van de ruimtelijke lichtmodulator. Van daaruit passeren de gereflecteerde stralen de multi-mode vezel naar de CCD-camera.Bereid op de computer het beeld voor de ruimtelijke lichtmodulator voor. Plaats voor het beeld de geïnverteerde fasebeelden van regio één en twee op hun respectievelijke posities. Voeg deze beelden vervolgens samen voor weergave op de ruimtelijke lichtmodulator via de computergrafiekpoort.Voer aan de werkbank de laatste voorbereidingen voor het experiment uit. De referentiestralen passeren lichtintensiteitsmodulatoren. Activeer deze voor beide referentiestralen om verder te gaan.Observeer en registreer bij de computer de uitgangssignalen van de CCD-camera. Dit zijn typische resultaten die door de camera aan de distale zijde zijn vastgelegd nadat het signaal een twee meter lange vezel heeft doorkruist. De afbeeldingen komen overeen met een situatie waarin alleen signaal één is ingeschakeld.Alleen signaal twee is aan. En beide signalen zijn aan. Naast de gewenste pieken in elke afbeelding is er spikkernruis aanwezig als gevolg van beperkingen van digitale optische faseconjugatie.De verhouding tussen piek en achtergrond kan worden verhoogd door vezels te gebruiken die een groter aantal modi ondersteunen. Er is crosstalk tussen de twee periodieke outputsignalen. Het frequentiespectrum van signaal één vertoont de verwachte piek bij frequentie f1 en een kleinere piek bij frequentie f2.Op dezelfde manier vertoont het frequenciespectrum van signaal twee de verwachte piek bij f2 en een kleinere piek bij f1. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de ruimtelijke lichtmodulator en de CMOS-camera zorgvuldig op elkaar af te stemmen, zodat de digitale optische faseconjugatie correct functioneert. Om deze procedure te verbeteren, kunnen modelgebaseerde kalibratietechnieken worden toegepast om de transmissie uit te voeren zonder toegang tot het distale uiteinde van de vezel.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe individuele golfvorming kan worden toegepast voor de transmissie van onafhankelijke signalen via een multi-mode vezel. Na de ontwikkeling zal deze nieuwe techniek de weg vrijmaken voor onderzoekers in de optogenetica om neurodegeneratieve ziekten te onderzoeken in modelorganismen, evenals in neuronen of cardiomyocyten afgeleid van menselijke geïnduceerde pluripotente stamcellen.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Het artikel beschrijft een procedure optische gegevenspakketten winkel met willekeurige modulatie golflengte en gegevenssnelheid. Deze pakketten zijn de basis van de moderne telecommunicatie.

Quasi-licht opslag voor Optical gegevens pakketten

Wij ontwikkelen en karakteriseren van een ongeordende polymeer optische vezel die dwars Anderson lokalisatie gebruikt als een roman golfgeleidend mechanisme. Dit microgestructureerde vezel kan een kleine gelokaliseerde bundel transporteren met een straal die vergelijkbaar is met de bundel straal van conventionele optische vezels.

Fabricage en karakterisering van wanordelijke polymeer optische vezels voor Transversale Anderson lokalisatie van Licht

We beschrijven een techniek voor het inschrijven van identieke fiber Bragg-gratings in elke kern van een multicore-vezel. Dit wordt bereikt door een extra oppervlak in de optische baan te introduceren om lenzen door het gebogen oppervlak van de vezelmantel te verminderen.

Het schrijven van Bragg Roosters in Multicore Fibers

Meerkleurige fluorescentiedetectie in druppelmicrofluidica omvat doorgaans omvangrijke en complexe detectiesystemen op basis van epifluorescentiemicroscopen. Hier beschrijven we een compact en modulair meerkleurig detectieschema dat gebruikmaakt van een reeks optische vezels om meerkleurige gegevens die door een enkele fotodetector worden verzameld, tijdelijk te coderen.

Multicolor Fluorescentie detectie voor Droplet Microfluidics Met behulp van optische vezels

We laten zien hoe het complexe gebied van laserstralen coderen met behulp van een Eénfase-element. Een common-pad interferometer is werkzaam te mengen van de fase-informatie die wordt weergegeven in een alleen-fase ruimtelijke lichtmodulator ten slotte ophalen het patroon van de gewenste complex terrein aan de uitgang van een optisch imaging systeem.

De Amplitude en fase van laserstralen vormgeven met behulp van een alleen-fase ruimtelijke lichtmodulator

Een methode wordt gepresenteerd voor het bouwen van een aangepaste lage kosten, modus-vergrendelde femtosecondelaser Fiber laser voor potentiële toepassingen in multiphoton microscopie, endoscopie, en photomedicine. Deze laser is gebouwd met behulp van commercieel verkrijgbare onderdelen en elementaire splicing technieken.

Goedkope Custom fabricage en modus-vergrendelde werking van een all-Normal-dispersie Femtosecond Fiber laser voor Multiphoton microscopie

Chip-based superresolutie optische microscopie is een nieuwe benadering van fluorescentiemicroscopie en biedt voordelen in kosteneffectiviteit en doorvoer. Hier worden de protocollen voor chip voorbereiding en beeldvorming getoond voor TIRF microscopie en lokalisatie gebaseerde super-resolution microscopie.

High-throughput totale interne reflectie fluorescentie en directe stochastische optische reconstructie microscopie met behulp van een Photonic chip

Dit protocol bevat een stapsgewijze handleiding voor de Simultaneous Label-free Autofluorescence Multi-harmonic (SLAM) microscopische techniek, inclusief details over het genereren van de laserlichtbron, het voorbereiden van een weefselmonster, het uitvoeren van beeldvorming en het analyseren van de gegevens. SLAM bevordert niet-lineaire microscopie door vier complementaire labelvrije contrasten te meten om de micro-omgeving van het weefsel te onderzoeken.

Gelijktijdige labelvrije autofluorescentie multi-harmonische microscopie

Optische resolutie fotoakoestische microscopie (OR-PAM) is een opkomende technologie die in staat van beeldvorming optische absorptie...

Drie-dimensionale Optische resolutie Fotoakoestisch Microscopie

Biosensoren-interface met complexe, biologische omgevingen en het uitvoeren van gerichte opsporing door het combineren van zeer gevoelige sensoren met zeer specifieke probes verbonden aan de sensor via oppervlakte modificatie. Hier tonen we het oppervlak functionalisering van silica optische sensoren met biotine met silaan koppelingsmiddelen aan de sensor en de biologische omgeving overbruggen.

Bevestiging van biologische Probes aan Silica optische biosensoren gebruik van silaan agenten

Leer golfvormvorming met een ruimtelijke lichtmodulator voor het transporteren van meerdere lichtsignalen door een enkele multimode optische vezel. Deze methode biedt toepassingen in biophotonica en communicatietechniek.

Transmissie van meerdere signalen door middel van een optische vezel met behulp van Golffront Shaping

Meer video's verkennen