Wavefront Şekillendirme kullanarak bir Fiber Optik aracılığıyla Çoklu Sinyalleri İletim

Tek bir uzamsal ışık modülatörü kullanarak dalga cephesi şekillendirme kullanarak çok modlu bir fiber aracılığıyla birden fazla bağımsız sinyalin iletimini gösteriyoruz. Her sinyal için dalga cephesini ayrı ayrı modüle ederek, uzamsal olarak ayrılmış odaklar iletilir. Potansiyel uygulamalar, iletişim mühendisliğinde çoğullanmış veri aktarımı ve biyofotonikte endoskopik ışık iletimidir.

Bu prosedürün genel amacı, fiber içindeki mod dönüşümü ile ışık bozulmasını telafi ederken, tek bir çok modlu fiber aracılığıyla birden fazla ayrı uzamsal olarak ayrılmış ışık sinyalini iletmektir. Bu yeni teknik, biyotıp ve iletişim mühendisliğindeki temel soruları birden fazla biyolojik hücre veya veri sinyal kanallarının ayrı ayrı çıkarılması yoluyla yanıtlamaya yardımcı olabilir. Uzaysal zamansal ışık modülasyonunu mümkün kılan bu tekniğin temel avantajı, birden fazla bağımsız sinyali hem kalibre etmek hem de iletmek için yalnızca tek bir uzamsal ışık modülatörüne ihtiyaç duyulmasıdır.

Bu tekniğin etkileri, invaziv olmayan çalışmalara ve ileriye dönük tedavilere veya Parkinson hastalığı gibi nörolojik işlev bozukluklarına kadar uzanır. Nöronların izlenmesi ve kontrolü, uzamsal zamansal ışık sinyallerini kullanmanın bir kombinasyonudur. Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, yüksek kaliteli iletim için kaçınılmaz olan optik geçişin hizalanması için yüksek çaba nedeniyle mücadele edeceklerdir.

Deney optik bir tezgah üzerinde gerçekleşir. Optik elemanlar zaten düzenlenmiştir. Bazı elemanlar sadece kalibrasyon için kullanılır.

Bu uzamsal ışık modülatörü, kurulumun proksimal tarafında veri sinyali iletimi için kullanılan unsurlar arasındadır. Bu CCD kamera, distal taraftaki veri sinyali alıcısıdır. Veri sinyali, iki tarafı birbirine bağlayan bu çok modlu fiber optikten geçer.

Bu şema, aparata genel bir bakış sağlar ve proksimal ve distal elemanları tanımlar. Bir lazer, polarize edici bir ışın ayırıcı tarafından bölünen kolimasyonlu tutarlı bir ışık demeti sağlar. İki ışını yaklaşık olarak eşit güçte tutmak için yarım dalga plakalarını kullanın.

Nesne ışını distal tarafa gider. Şimdilik, proksimal tarafa giden referans ışınına odaklanın. Referans ışınını, elde edilen her ışın bir optik modülatörden geçecek şekilde ikiye bölün.

Ardından, iki kirişin uzamsal ayrım ile aynı yolu izlemesini sağlayın. Kalibrasyon sırasında ışınlar, çok modlu fiberden, bir mikroskop objektifinden ve doğrusal polarizörden geçen distal taraftan gelen ışıkla üst üste binecek ve sonunda müdahale edecektir. Son bir ışın ayırıcı, iki ışını özel ışık modülatörüne dik olarak yönlendirir.

Deneyi hazırlarken, polarize ışın ayırıcıyı, referans ışınının polarizasyonu polarizasyona duyarlı uzamsal ışık modülatörü ile hizalanacak şekilde yönlendirdiğinizden emin olun. Kalibrasyon amacıyla, iki ışın ayrıca bir CMOS kameraya odaklanan lenslerden de geçer. Şimdilik özel ışık modülatöründe hiçbir şeyin görüntülenmediğini lütfen unutmayın.

Bu nedenle modülatör, kalibrasyon sırasında bir ayna görevi görür. Tezgahtaki iki lensle çalışın. Konumlarını ve aralarındaki mesafeyi ayarlayın.

Amaç, CMOS kameradaki özel ışık modülatör düzleminin keskin bir görüntüsünü elde etmektir. Şimdi kalibrasyon için kurulumun distal tarafına odaklanın. Nesne ışını, ışın ayırıcılar ve aynalar tarafından uzamsal olarak ayrılmış iki ışına dönüştürülür.

Başka bir ışın ayırıcı, ışınları bir mikroskop objektifine ve oradan da bir CCD kameraya odaklanmış bir merceğe yönlendirir. Tezgahta, mikroskop objektifini çok modlu fiberin distal ucuna odaklayın. Çok modlu fiberden gelen ışığın geri yansımasını gözlemlemek için lensi ve CCD kamerayı kullanarak odağı kontrol edin.

Proksimal taraftaki objektif lens ile de çalışın. Çok modlu fiberden çıkan ışığı toplamak için kullanın. Şimdi CMOS kamerada parazit modelini görüntüleyin ve parazit saçak aralığını değiştirmek için çalışın.

Bu, referans ve nesne ışınlarındaki aynalar ve ışın ayırıcılar ayarlanarak yapılır. Bu, nesne ve referans ışınlarının, bir dereceden daha az olması gereken uzamsal ışık modülatöründe kesiştiği açıyı değiştirir. Girişim saçak aralığı kabaca iki piksel boyutunda olduğunda durun.

Son olarak, doğrusal polarizör ile çalışın, yönünü nesnenin ve referans ışınlarının polarizasyonuna uyacak şekilde ayarlayın. Bu, CMOS kamera görüntüsünde belirgin saçaklar gösterecek maksimum kontrastı üretecektir. İlk kalibrasyon dizisi, uzamsal ışık modülatörü ile CMOS kamera arasındaki piksel ilişkisini bulmayı içerir.

Polarize ışın ayırıcıdan hemen sonra nesne ışını ile başlayın. Nesne ışınını yarım dalga plakası ile bir sonraki ışın ayırıcı arasında bloke edin. Ardından, optik modülatörlerden geçtikten hemen sonra iki referans ışınından biriyle çalışın.

Uzamsal ışık modülatörünün diğeri tarafından aydınlatılması için bunlardan yalnızca birini engelleyin. CMOS kamera ile uzamsal ışık modülatörünün bir görüntüsünü yakalayın. Uzamsal ışık modülatörünün başlangıç noktası olarak hizmet edecek olan modülatörün sol üst köşesinin koordinatlarını tanımlamak için grafik yazılımı kullanın.

İşiniz bittiğinde, uzamsal ışık modülatörü ile CMOS kamera arasındaki piksel ilişkisini bulmayı tamamlamak için her iki ışın bloğunu da çıkarın. Bir sonraki kalibrasyon sırası, sinyal yolları içindir. Bu noktada bunlar ışın yollarıdır.

İlk adım, yolundaki iki ışın ayırıcıdan hemen sonra nesne ışınını ikinci kez bloke etmektir. Ve ışık modülatöründen sonra iki referans ışınını engellemek için. Ardından, hologramın bir görüntüsünü yakalamak için CMOS kamerayı kullanın.

Bundan, kirişin birinci bölgesindeki ters çevrilmiş fazı hesaplayın. Kirişlerden blokları çıkararak devam edin. Ardından, nesne ışını birini ve referans ışını birini engelleyin.

Kamera tarafından yakalanan hologramdan gelen ışının ikinci bölgesindeki ters çevrilmiş fazı hesaplayın. Devam etmeden önce tüm kiriş bloklarını çıkardığınızdan emin olun. İletim deneyleri için kurulum daha basittir.

Sinyal iletimi CMOS kamera gerektirmez ve nesne ışını engellenir. Şimdi iki referans ışını, uzamsal ışık modülatörünün iki bölgesinden yansıtılıyor. Oradan, yansıyan ışınlar çok modlu fiberden CCD kameraya geçer.

Bilgisayarda, görüntüyü uzamsal ışık modülatörü için hazırlayın. Görüntü için, birinci ve ikinci ters çevrilmiş faz görüntülerini karşılık gelen konumlarında düzenleyin. Ardından, bilgisayar grafik bağlantı noktasını kullanarak uzamsal ışık modülatöründe görüntülemek için bu görüntüleri bir araya getirin.

Tezgahta deney için son hazırlıkları yapın. Referans ışınları ışık yoğunluğu modülatörlerinden geçer. Devam etmek için bunları her iki referans ışınında da etkinleştirin.

Bilgisayarda, CCD kameradan gelen çıkış sinyallerini gözlemleyin ve kaydedin. Bunlar, sinyal iki metre uzunluğundaki bir fiberi geçtikten sonra distal taraftaki kamera tarafından kaydedilen tipik sonuçlardır. Görüntüler, yalnızca birinin açık olduğuna dair sinyale karşılık gelir.

Yalnızca ikinci sinyalin açık olduğunu bildirin. Ve her iki sinyal de açık. Her görüntüde istenen tepe noktalarına ek olarak, dijital optik faz konjugasyonunun sınırlamaları nedeniyle benek vardır.

Tepe-arka plan oranı, daha fazla sayıda modu destekleyen fiberler kullanılarak artırılabilir. İki periyodik çıkış sinyali arasında çapraz konuşma var. Birinci sinyalin frekans spektrumu, f1 frekansında beklenen tepe noktasını ve f2 frekansında daha küçük olanı gösterir.

Benzer şekilde, ikinci sinyalin frekans spektrumu, f2'de beklenen tepe noktasına ve f1'de daha küçük bir tepe noktasına sahiptir. Bu prosedürü denerken, dijital optik faz konjugasyonunun çalışması için uzamsal ışık modülatörünü ve CMOS kamerayı dikkatli bir şekilde birbirine bağlamak önemlidir. Bu prosedürü geliştirmek için, fiberin distal ucuna erişim olmadan iletimi gerçekleştirmek için model tabanlı kalibrasyon teknikleri uygulanabilir.

Bu videoyu izledikten sonra, bağımsız sinyallerin çok modlu bir fiber üzerinden iletilmesi için bireysel dalga şekillendirmenin nasıl uygulanacağını iyi anlamış olmalısınız. Geliştirilmesinden sonra, bu yeni teknik, optogenetik araştırmacılarının, model organizmalarda ve ayrıca insan kaynaklı pluripotent kök hücre türevi nöronlarda veya kardiyomiyositlerde nörodejeneratif hastalıkları keşfetmelerinin yolunu açacaktır.