Name: Transmissão de múltiplos sinais através de uma fibra óptica Usando Wavefront Shaping (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: Aprenda a transmitir múltiplos sinais ópticos independentes através de uma única fibra multimodo usando modulação espacial de luz. Esta técnica avançada permite focos espacialmente separados com aplicações em biofotônica e engenharia de comunicações.

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

O apoio financeiro da DFG (fundação alemã de pesquisa, projeto CZ 55/30-1) para partes deste trabalho é grato

1. Montagem do Setup Experimental <ol><li> Preparando o lado proximal <ol><li> Colocar e fixar o laser fornecer um feixe de luz colimada - ou usar um laser de fibra-acoplado com óptica de colimação na faceta de saída da fibra. </li><li> Coloque o divisor de feixe de polarização (PBS) para dividir o feixe de laser para referência e feixe do objeto. Virar a orientação das placas de meia onda (HWP) rodando o HWP na sua rotação de montagem até que a energia de feixe de referência e feixe de objecto (no lado distal) é aproximadamente a mesma. Verifique isso colocando uma tela em ambos os de referência e feixe do objeto. Escolha da orientação do PBS, de forma que a polarização do feixe de referência se encaixa o modulador de luz espacial sensível à polarização (SLM). </li><li> Coloque um divisor de feixe (BS) para o feixe de referência para dividir o feixe de referência em dois feixes. Coloque os moduladores ópticos (OM) de tal forma que estes dois feixes provenientes de BS1 podem passar OM1 e OM2, respectivamente. &lt;/ Li&gt; <li> Combine os dois feixes que passam OM1 e OM2 em BS2 empregando dois espelhos. Ajuste os divisores de feixe e espelhos para que ambos os feixes são separados espacialmente. </li><li> alinhar cuidadosamente BS5 para assegurar que a direcção de incidência de ambas as vigas é perpendicular ao plano de pixel da SLM, ignorando BS3 e BS4 em primeiro lugar. Em primeiro lugar, nada é apresentado na SLM, isto é, actua como um espelho, até ao final da calibração (em todo o passo 2). </li><li> Ajustar a posição e a distância entre as duas lentes (L), que constitui um telescópio Kepler, a fim de obter uma imagem nítida do plano SLM na câmara complementar semicondutor de óxido metálico (CMOS). Assista a orientação correta de L1 e L2 (lados planos estão enfrentando uns aos outros) para minimizar aberrações. </li></ol></li><li> Preparação do lado distal <ol><li> Use BS7 para dividir o feixe do objeto em dois feixes e combiná-los em BS8 empregando dois espelhos. Mais uma vez, ajuste os divisores de feixe e mirrors de modo que ambos os feixes estão espacialmente separadas. </li><li> Desviar ambas as vigas usando BS9 para apontar-los para a objetiva do microscópio (OBJ). Focagem obj2 na extremidade distal da fibra multimodo (MMF). Verifique o foco observando o reflexo de volta do MMF empregando L3 e um dispositivo de câmara de carga acoplada (CCD). </li></ol></li><li> Conexão proximal e distal <ol><li> Colimar a luz do feixe do objeto sair do MMF empregando Obj1. </li><li> Dividir o feixe do objeto usando BS6, ignorar o polarizador linear (LP) em primeiro lugar. Combinar as duas vigas de objeto com as duas vigas de referência em BS3 e BS4 empregando um espelho. Ajustar os espelhos divisores de feixe e de modo que cada par de referência e feixe de objecto sobreposição na SLM, cruzando com um pequeno ângulo (inferior a 1 °). </li><li> Assegure-se que a potência de referência e o feixe de objecto são aproximadamente iguais, rodando a orientação do HWP, de acordo com o passo 1.1.2. </li><li> Verifique a interferência pattern (fora do eixo holograma) para a câmera CMOS e ajustar o ângulo de cruzamento em conformidade. Aumentar o ângulo, até que o espaçamento franja de interferência aproximadamente igual ao tamanho de dois pixels na câmara CMOS. </li><li> Ajustar a orientação do LP para coincidir com a polarização do objecto e feixe de referência, a fim de obter um máximo contraste do padrão de interferência na imagem da câmara CMOS, de modo que a imagem da câmara mostra franjas distintas. </li></ol></li></ol> 2. Calibração do Sistema <ol><li> Calibrar a relação de pixel entre SLM e CMOS <ol><li> Iluminar toda a SLM utilizando apenas um dos feixes de referência e bloquear a outra referência e objetos vigas. </li><li> Capturar uma imagem do SLM com a câmera CMOS. </li><li> Obter as coordenadas do canto superior esquerdo da SLM na imagem da câmara CMOS, por exemplo, usando o software de gráficos e o cursor do mouse no PC. Use essas coordenadas de pixel como o ponto de origemsobre a SLM. </li><li> Remova todos os blocos de feixe. </li></ol></li><li> Calibrar os caminhos de sinal <ol><li> Bloquear tanto de referência da viga 2 e objeto feixe 2. </li><li> Capturar uma imagem do holograma com a câmara CMOS. Avaliar a fase no holograma gravado usando o método espectro angular 19. Calcula-se a fase invertida na região correspondente do feixe 1. </li><li> Retirar os antigos blocos de feixe e agora bloquear tanto de referência da viga 1 e objeto feixe 1. </li><li> Capturar uma imagem do holograma com a câmara CMOS. Medir a fase no holograma gravada usando o método espectro angular novamente. Calcula-se a fase invertida na região correspondente da travessa 2. </li><li> Remova todos os blocos de feixe. </li></ol></li></ol> 3. transmitir os sinais <ol><li> Bloquear o feixe objeto. </li><li> Costurar as imagens de fase invertida calculados às regiões correspondentes do feixe 1 e 2 juntos e exibir otoda imagem na SLM, geralmente usando a porta de computação gráfica. </li><li> Comece a modulação dos sinais de entrada 1 e 2, ativando OM1 e OM2. </li><li> Observe os sinais de saída 1 e 2 na câmara 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>

Os autores não têm nada a divulgar.

A montagem do dispositivo experimental (passo 1 no protocolo) requer um alinhamento completa dos componentes ópticos em relação uns aos outros. O aspecto mais importante é a incidência rectangular dos feixes de referência para o SLM, a fim de assegurar um elevado PBR. A fim de aumentar a configuração de mais de dois sinais transmitidos, pode ser utilizado divisores de feixe adicionais. Como uma alternativa, uma aplicação à base de fibras seria mais compacta e robusta permitindo que o sistema...

A transmissão de sinais múltiplos de luz através de uma fibra multimodo (MMF) é evidente em comunicação de engenharia 1 e 2 biofotónica. Na engenharia de comunicações, acredita-se que a multiplexação por divisão de espaço (SDM) como uma solução viável para melhorar a capacidade de transmissão de fibras ópticas para aplicações de transferência de dados futuras que beneficiam de uma maior utilização do espaço limitado, em comparação com várias fibras monomodo 3. Em biophotonics, amostras biológicas são manipulados pela transmissão da luz através de um endoscópio MMF 4. Por exemplo, o dispositivo de controlo óptico independente de neurónios individuais usando endoscópios MMF é de interesse para Optogenetics, a fim de estudar as redes neuronais no cérebro 5. No entanto, a luz projetada sobre a faceta de entrada MMF está sujeito a distorção devido à mistura de modo e dispersão durante a propagação para o Output faceta do MMF. Como resultado, a propagação da luz é alterada, o que torna a transmissão de sinal desafiador. Wavefront moldar métodos 6, 7 são aplicados na dispersão mídia usando moduladores de luz espacial (SLM) e permitir a compensação para a distorção devido à dispersão durante a propagação da luz 8. Existem abordagens iterativos que otimizam a saída usando uma realimentação óptica 9. Estas abordagens são bastante demorado devido à necessidade de numerosas iterações e o elevado grau de liberdade, correspondendo a um grande número de elementos de modulador. Outra abordagem é para determinar completamente a distorção dentro do MMF descrito por sua matriz de transmissão 10. Se o número de modos a serem transmitidos é grande, este irá ser demorado bem. Em contraste, a conjugação de fase digital óptico (DOPC) é considerado como sendorápido e vantajoso aqui, uma vez que apenas alguns pontos focais têm que ser gerado no faceta do MMF saída. Abordagens conjugação de fase também foram demonstradas para a focagem de imagem ou através do tecido biológico 12, 13, 14. Até agora, DOPC foi empregue para um único sinal de tempo de apenas 15, 16, e foi aplicada para a transmissão de luz através de um MMF 17. Uma abordagem DOPC para vários sinais independentes não foi realizado. Desenvolvemos um método de DOPC melhorada proporcionando o transporte independente de sinais de luz múltiplas utilizando frente de onda individuais que constituem para cada sinal que emprega uma única fase apenas SLM 18. Para este objectivo, o SLM é segmentado em regiões, um para cada sinal a ser transmitido. A configuração experimental proposto é mostrado na Figura 1, Onde uma calibração é realizado em a), antes da transmissão efectiva acontece em b). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> Figura 1: Instalação experimental. BS = divisor de feixe, CCD = charge-coupled device, OM = modulador óptico, CMOS = complementar semicondutor de óxido de metal, HWP = meia placa onda, L = lente, LP = polarizador linear, MMF = fibra multimodo, objetiva obj = microscópio, PBS = polarização divisor de feixe, SLM = modulador de luz espacial (fase única) - apenas vigas relevantes para (a) a calibração e (b) a transmissão são representados <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>modulador de luz espacial</td><td>Holoeye</td><td>PLUTO-VIS-016</td><td></td></tr><tr><td>câmera CMOS</td><td>Mikrotron</td><td>MC4082</td><td></td></tr><tr><td>laser de estado sólido bombeado por diodo</td><td>Laser Quantum</td><td>torus 532</td><td></td></tr><tr><td>câmera CCD</td><td>IDS</td><td>U3-3482LE-M CMOS</td><td>câmera; adequado também</td></tr><tr><td>lente 1</td><td>Qioptiq</td><td>G063204000</td><td></td></tr><tr><td>lente 2</td><td>Lente</td><td>G063203000</td><td></td>Qioptiq</tr><tr><td>3</td><td>Thorlabs</td><td>AC508-180-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>fibra multimodo</td><td>Thorlabs</td><td>M14L02</td><td></td></tr><tr><td>divisores de feixe</td><td>Thorlabs</td><td>BS013</td><td>9x</td></tr><tr><td>divisores de feixe polarizador</td><td>Thorlabs</td><td>PBS251</td><td></td></tr><tr><td>espelhos</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td>5x</td></tr><tr><td>objetivas de microscópio</td><td>Thorlabs</td><td>RMS20X</td><td>2x</td></tr><tr><td>placas de meia onda</td><td>Thorlabs</td><td>WPH10M-532</td><td>2x</td></tr><tr><td>polarizador linear</td><td>Thorlabs</td><td>LPVISB050-MP2</td><td></td></tr><tr><td>moduladores ópticos</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000B-EC</td><td>2x</td></tr><tr><td>linear e estágio de rotação para câmera CMOS</td> Conector de fibra <td>Thorlabs</td><td>XYR1/M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>S120-SMA</td><td>2x</td></tr><tr><td>anel redutor para objetivas de microscópio</td><td>Qioptiq</td><td>G061621000</td><td>2x</td></tr><tr><td>ajuste xy para adaptadores de objetiva</td><td>Qioptiq</td><td>G061025000</td><td>2x</td></tr><tr><td>z suporte de translação para adaptador de fibra</td><td>Thorlabs</td><td>SM1Z</td><td>2x</td></tr><tr><td>hastes para alinhamento de fibra com objetivas</td><td>Qioptiq</td><td>G061210000</td><td>8x</td></tr><tr><td>montagens para lentes 1 e 2 mais duas montagens fantasmas</td><td>Qioptiq</td><td>G061047000</td><td>4x</td></tr><tr><td>transportadores ferroviários para montagens objetivas e objetivas</td><td>Qioptiq</td><td>G061372000</td><td>6x</td></tr><tr><td>trilho para transportadores ferroviários</td><td>Qioptiq</td><td>G061359000</td><td>2x</td></tr><tr><td>adaptador para câmera CCD para 1 poste</td><td></td><td></td><td>adaptador interno</td></tr><tr><td>para laser para 4 postes</td><td></td><td></td> montagem <td>interna</td></tr><tr><td>para lente 3</td><td>Thorlabs</td><td>LMR2/M</td><td></td></tr><tr><td>suportes para placas de meia onda</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1D/M</td><td>2</td></tr><tr><td>suportes para espelhos</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td>5x</td></tr><tr><td>suporte para polarizador linear</td><td>Thorlabs</td><td>RSP05/M</td><td></td></tr><tr><td>suportes para divisores de feixe e SLM</td><td>Thorlabs</td><td>KM100PM/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>braços de fixação para divisores de feixe e SLM</td><td>Thorlabs</td><td>PM4/M</td><td>11x</td></tr><tr><td>postes para suportes, suportes ferroviários e adaptadores</td><td>Thorlabs</td><td>TR75/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>suportes para postes</td><td>Thorlabs</td><td>PH50/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>pedestais para suportes</td><td>Thorlabs</td><td>BE1/M</td><td>29x</td></tr><tr><td>garfos de fixação para pedestais</td><td>Thorlabs</td><td>CF125</td><td>29x</td></tr></tbody></table>

transmissão de múltiplos sinais através de uma fibra óptica usando wavefront shaping

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

A transmissão de sinais ópticos múltiplos independentes, através de uma fibra multimodo é realizado utilizando moldagem de frente de onda, a fim de compensar a distorção durante a propagação da luz no interior da fibra. Nossa metodologia é baseada na conjugação de fase digital óptico empregando apenas um único modulador de luz espacial, onde a frente de onda óptico é modulado individualmente em diferentes regiões do modulador, uma região por sinal luminoso. abordagens de conjugação de fase óptica digitais são considerados para ser mais rápido do que outras abordagens de frente de onda moldar, onde (por exemplo) é realizada uma determinação completa do comportamento de propagação da onda da fibra. Em contraste, a abordagem apresentada é rápida e eficiente uma vez que requer apenas uma calibração por cada sinal de luz. O método proposto é potencialmente adequado para a multiplexação por divisão espacial em engenharia de comunicações. Outros campos de aplicação são a entrega de luz endoscópica em biophotonics, especialmente em optogenetics, onde as células individuais no tecido biológico tem que ser iluminada seletivamente com alta resolução espacial e temporal.

<html> Sinais de saída típica no lado distal da fibra longa de 2 m estão descritos na Figura 2. Note-se que o ponto focal desejado (pico) é acompanhado por um padrão de manchas indesejadas (background), o que é devido à imperfeição da DOPC como uma questão de princípio. O correspondente rácio de pico-a-fundo (PBR) ascende a 53 (apenas um sinal 1 é &#39;on&#39;), 36 (apenas o sinal 2 é &#39;ligado&#39;) e 20 (ambos os sinais 1 e 2 são &#39;on&#39;) aqui, respectivamente . ...

Demonstramos a transmissão de múltiplos sinais independentes através de uma fibra multimodo usando modelagem de frente de onda empregando um único modulador de luz espacial. Ao modular a frente de onda para cada sinal individualmente, focos espacialmente separados são transmitidos. As aplicações potenciais são a transferência de dados multiplexados em engenharia de comunicações e o fornecimento de luz endoscópica em biofotônica.

Transmissão de múltiplos sinais através de uma fibra óptica Usando Wavefront Shaping

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

O objetivo geral deste procedimento é transmitir múltiplos sinais luminosos individuais e espacialmente separados através de uma única fibra multimodo, enquanto se compensa a distorção da luz por meio da conversão de modos dentro da fibra. Essa técnica inovadora pode ajudar a responder questões fundamentais na biomedicina e na engenharia de comunicações, onde múltiplas células biológ游戏副本As implicações desta técnica estendem-se a estudos não invasivos e terapias prospectivas ou disfunções neurológicas como a doença de Parkinson. Embora o monitoramento e o controle de neurônios sejam uma combinação do uso de sinais luminosos espaciais e temporais. Geralmente, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades devido ao grande esforço necessário para o alinhamento do caminho óptico, o que é inevitável para uma transmissão de alta qualidade.O experimento ocorre em uma bancada óptica. Os elementos ópticos já foram dispostos. Alguns elementos são utilizados apenas para calibração.Este modulador espacial de luz está entre os elementos utilizados para a transmissão do sinal de dados no lado proximal da montagem. Esta câmera CCD é o receptor do sinal de dados no lado distal. O sinal de dados viaja através desta fibra óptica multimodo que conecta os dois lados.Este esquema fornece uma visão geral do aparelho e identifica os elementos proximal e distal. Um laser fornece um feixe de luz coerente colimado que é dividido por um divisor de feixe polarizador. Utilize as placas de onda de meia fase para manter os dois feixes com potência aproximadamente igual.O feixe objeto vai para o lado distal. Por enquanto, concentre-se no feixe de referência, que vai para o lado proximal. Divida o feixe de referência em dois, com cada feixe resultante passando por um modulador óptico.Em seguida, faça os dois feixes seguirem o mesmo percurso com separação espacial. Durante a calibração, os feixes serão sobrepostos pela luz proveniente do lado distal, que passa por uma fibra multimodo, um objetivo microscópico e um polarizador linear, interferindo eventualmente. Um divisor de feixe final direciona os dois feixes perpendicularmente para o modulador especial de luz.Ao preparar o experimento, certifique-se de orientar o divisor de feixe polarizador de modo que a polarização do feixe de referência esteja alinhada com o modulador espacial de luz sensível à polarização. Para fins de calibração, os dois feixes também passam por lentes focalizadas em uma câmera CMOS. Observe que, por enquanto, nada é exibido no modulador especial de luz.Portanto, o modulador atua como um espelho durante a calibração. Trabalhe com as duas lentes sobre a bancada. Ajuste suas posições e a distância entre elas.O objetivo é obter uma imagem nítida do plano do modulador de luz especial na câmera CMOS. Agora, foque no lado distal da montagem para calibração. O feixe de objeto é transformado por divisores de feixe e espelhos em dois feixes separados espacialmente.Outro divisor de feixe direciona os feixes para uma objetiva de microscópio e, a partir daí, para uma lente focalizada em uma câmera CCD. Na posição de foco da bancada, foque a objetiva do microscópio na extremidade distal da fibra multimodo. Verifique o foco utilizando a lente e a câmera CCD para observar a reflexão posterior da luz proveniente da fibra multimodo.Trabalhe também com a lente objetiva no lado proximal. Use-a para colimar a luz que sai da fibra multimodo. Agora, observe o padrão de interferência na câmera CMOS e atue para alterar o espaçamento das franjas de interferência.Isso é feito ajustando os espelhos e divisores de feixe nos feixes de referência e do objeto. Isso altera o ângulo no qual os feixes do objeto e de referência se cruzam no modulador espacial de luz, que deve ser inferior a um grau. Pare quando o espaçamento das franjas de interferência for aproximadamente igual ao tamanho de dois pixels.Finalmente, trabalhe com o polarizador linear, ajustando sua orientação para coincidir com a polarização dos feixes objeto e de referência. Isso produzirá o máximo contraste na imagem da câmera CMOS, que mostrará franjas bem definidas. A primeira sequência de calibração envolve encontrar a relação entre os pixels do modulador espacial de luz e da câmera CMOS.Inicie com o feixe objeto logo após o divisor de feixe polarizante. Bloqueie o feixe objeto entre a placa de onda λ/2 e o próximo divisor de feixe. Em seguida, trabalhe com um dos dois feixes de referência imediatamente após eles passarem pelos moduladores ópticos.Bloqueie apenas um deles para que o modulador espacial de luz seja iluminado pelo outro. Capture uma imagem do modulador espacial de luz com a câmera CMOS. Utilize um software gráfico para identificar as coordenadas do canto superior esquerdo do modulador, que servirão como ponto de origem para o modulador espacial de luz.Quando concluído, remova ambos os blocos de feixe para concluir a determinação da relação entre os pixels do modulador espacial de luz e a câmera CMOS. A próxima sequência de calibração é para os caminhos do sinal. Neste momento, estes são os caminhos do feixe.O primeiro passo é bloquear o feixe objeto dois logo após dois divisores de feixe em seu percurso. E bloquear o feixe de referência dois após o modulador de luz. Em seguida, use a câmera CMOS para capturar uma imagem do holograma.A partir disso, calcule a fase invertida na região um do feixe. Em seguida, remova os blocos dos feixes. Depois, bloqueie o feixe objeto um e o feixe de referência um.Calcule a fase invertida na região dois do feixe a partir do holograma capturado pela câmera. Certifique-se de remover todos os bloqueios do feixe antes de prosseguir. A montagem para os experimentos de transmissão é mais simples.A transmissão do sinal não requer a câmera CMOS e o feixe do objeto é bloqueado. Agora, os dois feixes de referência são refletidos a partir de duas regiões do modulador espacial de luz. A partir daí, os feixes refletidos passam através da fibra multimodo até a câmera CCD.No computador, prepare a imagem para o modulador espacial de luz. Para a imagem, posicione as regiões uma e duas com imagens de fase invertida em suas posições correspondentes. Em seguida, una essas imagens para exibição no modulador espacial de luz utilizando sua porta de gráficos de computador.No banco de ensaio, faça os preparativos finais para o experimento. Os feixes de referência passam por moduladores de intensidade luminosa. Ative-os em ambos os feixes de referência para prosseguir.No computador, observe e registre os sinais de saída da câmera CCD. Estes são resultados típicos registrados pela câmera no lado distal após o sinal ter percorrido uma fibra de dois metros de comprimento. As imagens correspondem apenas ao sinal um ligado.Apenas o sinal dois estando ativo. E ambos os sinais estando ativos. Além dos picos desejados em cada imagem, há granulação devido às limitações da conjugação de fase óptica digital.A razão entre pico e fundo pode ser aumentada utilizando fibras que suportam um número maior de modos. Há interferência entre os dois sinais de saída periódicos. O espectro de frequência do sinal um mostra um pico esperado na frequência f1 e um pico menor na frequência f2.Da mesma forma, o espectro de frequência do sinal dois apresenta o pico esperado em f2 e um pico menor em f1. Ao realizar este procedimento, é importante alinhar cuidadosamente o modulador espacial de luz e a câmera CMOS para que a conjugação óptica digital de fase funcione. Para aprimorar este procedimento, técnicas de calibração baseadas em modelos podem ser aplicadas para realizar a transmissão sem acesso à extremidade distal da fibra.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como aplicar a modelagem individual de ondas para a transmissão de sinais independentes através de uma fibra multimodo. Após seu desenvolvimento, essa técnica inovadora abrirá caminho para que pesquisadores em optogenética explorem doenças neurodegenerativas em organismos modelo, bem como em neurônios ou cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas humanas.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

O artigo descreve um procedimento para armazenar os pacotes de dados ópticos com uma modulação arbitrário, comprimento de onda, e taxa de dados. Estes pacotes são a base de telecomunicações moderno.

Armazenamento Quasi-luz para os pacotes de dados ópticos

Nós desenvolver e caracterizar uma fibra ótica de polímero desordenado que usa transversal localização Anderson como um novo mecanismo guia de onda. Esta fibra microestruturada pode transportar uma viga pequena localizada com um raio que é comparável com o raio do feixe de fibras ópticas convencionais.

Fabricação e caracterização de polímeros desordenados fibras ópticas para Transverse Anderson localização da Luz

Descrevemos uma técnica para inscrever grades de Bragg de fibra idêntica em cada núcleo de uma fibra multicore. Isso é obtido introduzindo uma superfície adicional no caminho óptico para mitigar as lentes pela superfície curva do revestimento da fibra.

Escrevendo redes de Bragg em fibras Multicore

A detecção de fluorescência multicolorida em microfluídica de gotículas normalmente envolve sistemas de detecção baseados em microscópio de epifluorescência volumosos e complexos. Aqui descrevemos um esquema de detecção multicolorido compacto e modular que utiliza uma matriz de fibras ópticas para codificar temporariamente dados multicoloridos coletados por um único fotodetector.

Multicolor detecção de fluorescência para Gota microfluídica Utilizando Fibras Ópticas

Mostramos como codificar o complexo campo de feixes de laser, usando um elemento de fase única. Um caminho comum-Interferômetro é empregado para misturar as informações de fase exibidas em um fase somente modulador espacial luz para finalmente recuperar o padrão de campo complexo desejado na saída de um sistema óptico de imagem.

Moldar a Amplitude e a fase dos feixes de Laser, usando um modulador de luz somente fase espacial

Um método é apresentado para construir um laser de fibra de femtosegundo personalizado de baixo custo e bloqueado pelo modo para aplicações potenciais em microscopia multifoton, endoscopia e fotomedicina. Este laser é construído usando peças comercialmente disponíveis e técnicas básicas de emenda.

Fabricação personalizada de baixo custo e operação bloqueada pelo modo de um laser de fibra femtosecond de dispersão normal para microscopia multifoton

Microscopia óptica baseada em chip é uma nova abordagem à microscopia de fluorescência e oferece vantagens na relação custo-eficácia e taxa de transferência. Aqui, os protocolos de preparação e imagem de chips são mostrados para microscopia tirf e microscopia de super-resolução baseada em localização.

Fluorescência de reflexão interna total de alta taxa de transferência e microscopia de reconstrução óptica estocástica direta usando um chip fotônico

Este protocolo apresenta um guia passo a passo para a técnica microscópica multi-harmônica de autofluorescência sem marcação simultânea (SLAM), incluindo detalhes sobre como gerar a fonte de luz laser, preparar uma amostra de tecido, realizar imagens e analisar os dados. O SLAM avança a microscopia não linear medindo quatro contrastes complementares sem marcação para investigar o microambiente do tecido.

Microscopia multi-harmônica de autofluorescência sem marcação simultânea

Óptico com resolução de microscopia fotoacústica (OR-PAM) é uma tecnologia emergente capaz de imagem absorção óptica...

Tridimensional Optical resolução Microscopia Fotoacústica

Biossensores interface com ambientes complexos e biológicas e realizar a detecção de alvo, combinando sensores altamente sensíveis com sondas altamente específicos ligados ao sensor através de modificação da superfície. Aqui, nós demonstrar a funcionalização da superfície de sensores ópticos de sílica com biotina, utilizando agentes de acoplamento de silano para colmatar o sensor eo ambiente biológico.

Colocar Sondas Biológicas para Biossensores ópticos de sílica usando agentes de acoplamento de silano

Aprenda a transmitir múltiplos sinais ópticos independentes através de uma única fibra multimodo usando modulação espacial de luz. Esta técnica avançada permite focos espacialmente separados com aplicações em biofotônica e engenharia de comunicações.

Transmissão de múltiplos sinais através de uma fibra óptica Usando Wavefront Shaping

Explorar mais vídeos