The financial support by DFG (German research foundation, project CZ 55/30-1) for parts of this work is gratefully acknowledged.

1. רכבת ההתקנה הניסיונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנתי בצד הפרוקסימלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ולתקן את לייזר מתן קרן קרני אור מקבילות - או להשתמש בלייזר בשילוב סיבים עם אופטיקה collimation על היבט היציאה של סיבים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים ספליטר הקורה מקטב (PBS) לפצל את קרן הלייזר לתוך הפניה ו קרן האובייקט. סובבו את הכיוון של צלחות גל חצי (HWP) על ידי החלפה של HWP ברוטציה שלה הר עד כוח של קרן הייחוס קרן האובייקט (בצד הדיסטלית) הוא בערך אותו הדבר. בדוק זאת על ידי הצבת מסך לשני התייחסות קרן האובייקט. בחר את הכיוון של PBS כך הקיטוב של קרן ההתייחסות מתאים מאפנן אור מרחבי רגיש קיטוב (SLM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים מפצל קרן (BS) לתוך קרן ההתייחסות לפצל את קורה ההתייחסות לשתי קורות. מניחים את מאפננים אופטיים (OM) כגון ששני אלה קורות המגיעים BS1 יכול לעבור OM1 ו OM2, בהתאמה. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את שתי אלומות עובר OM1 ו OM2 ב BS2 העסקת שתי מראות. התאם את מפצלי הקרן ומראה כך קורות שניהם מופרדים מרחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בזהירות ליישר BS5 כדי להבטיח שהכיוון של שכיחות הן קורות הוא בניצב למישור פיקסל של SLM, התעלמות BS3 ו BS4 בהתחלה. בהתחלה, לא מוצג דבר על SLM, כלומר, היא פועלת כמו מראה עד סוף הכיול (בכל שלב 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום ואת המרחק בין שתי עדשות (L) המהווים טלסקופ קפלרי על מנת לקבל תמונה חדה של מטוס SLM על metal-oxide semiconductor משלימה המצלמה (CMOS). צפה הכיוון הנכון של L1 ו- L2 (צדדים שטוחים הם פונים זה לזה) כדי למזער סטיות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנתי בצד הדיסטלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש BS7 לפצל את קרן האובייקט לשתי קורות ולשלב אותם BS8 העסיק שתי מראות. שוב, להתאים את מפצלי קרן ותערובותrrors כך קורות שניהם מופרדים מרחבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיט הוא קורה באמצעות BS9 לכוון אותם אל מטרת מיקרוסקופ (OBJ). פוקוס OBJ2 על הקצה הדיסטלי של סיבי multimode (MMF). בדוק את המיקוד על ידי התבוננות בהשתקפות בחזרה מן MMF העסקת L3 ומצלמה תשלום מצמידים מכשיר (CCD). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרוקסימלי חיבור בצד הדיסטלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Collimate האור מן הקורה אובייקט היציאה OBJ1 העסקת MMF. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיצול קרן אובייקט באמצעות BS6, להתעלם מקטב ליניארי (LP) בהתחלה. שלב שני קורות האובייקט בשתי קורות ההתייחסות ב BS3 ו BS4 העסיק במראה. התאם את מפצלי הקרן ומראה כך שכל זוג של התייחסות חפיפת קרן עצם כלשהו על SLM, מצטלב עם זווית קטנה (פחות מ -1 °). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודאו שאספקת המתח של ההפניה ואת קרן האובייקט הם שווה בערך ידי סיבוב האוריינטציה של HWP, בהתאם לשלב 1.1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את ההפרעה pattern (מחוץ ציר הולוגרמה) אל מצלמת CMOS ולהתאים את זווית החיתוך בהתאם. הגדל את הזווית, עד ריווח שולי הפרעה בערך שווה לגודל של שני פיקסלים על מצלמת CMOS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשנות את הכיוון של LP כדי להתאים את הקיטוב של אובייקט קרן התייחסות על מנת לקבל ניגוד מרבי של תבנית ההתאבכות בתמונת מצלמת CMOS, כך שתמונת המצלמה מראה בשולים ברורים. </li></ol></li></ol> 2. כיול המערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול ביחס פיקסל בין SLM ו- CMOS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאיר את כולו SLM להשתמש רק באחת קורה ההתייחסות ולחסום את ההתייחסות האחרת ואובייקטים קורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של SLM עם מצלמת CMOS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבלת הקואורדינטות של בפינה השמאלית העליונה של SLM בתמונת מצלמת CMOS, למשל באמצעות תוכנת גרפיקת סמן העכבר על המחשב. השתמש קואורדינטות פיקסל אלה כנקודת המוצאלגבי SLM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כל קוביות הקורה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול אות הנתיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חסום הן קרן התייחסות קרן 2 ואובייקט 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של ההולוגרמה עם מצלמת CMOS. להעריך בשלב ב בהולוגרמה רשמה בשיטת ספקטרום זוויתי 19. לחשב את השלב הפוך באזור המקביל קורה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את קוביות קרן לשעבר ועכשיו לחסום את שתי קורות התייחסות קרן 1 ואובייקט 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צילום תמונה של ההולוגרמה עם מצלמת CMOS. מדוד את השלב ב בהולוגרמה רשמה בשיטת ספקטרום זוויתי שוב. לחשב את השלב הפוך על האזור המקביל קרן 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כל קוביות הקורה. </li></ol></li></ol> 3. שידור האותות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חסום את קרן האובייקט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפור את התמונות בשלב הפוכות מחושבות לפי האזורים המקבילים של קרן 1 ו -2 יחד ולהציג אתהתמונה כולה על SLM, בדרך כלל באמצעות יציאת גרפיקה ממוחשבת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את האפנון של אותות קלט 1 ו -2 על ידי הפעלת OM1 ו OM2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימו לב אותות הפלט 1 ו -2 על מצלמת CCD. </li></ol>

<ol>
	<li>Richardson, D. J., Fini, J. M., Nelson, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Space-division+multiplexing+in+optical+fibres.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+operation+of+optical+fibres+beyond+the+single-mode+regime+facilitates+the+orientation+of+biological+cells.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+optical+fiber+networks:+Challenges+and+solutions.">Scaling optical fiber networks: Challenges and solutions.</a> Opt. Photonics News. 26 (3), 28-35 (2015).</li><li>Ci&#382;m&#225;r, T., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shaping+the+light+transmission+through+a+multimode+optical+fibre:+complex+transformation+analysis+and+applications+in+biophotonics.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale,+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumetric+HiLo+microscopy+employing+an+electrically+tunable+lens.">Volumetric HiLo microscopy employing an electrically tunable lens.</a> Opt. Express. 24 (13), 15029-15041 (2016).</li><li>B&#252;ttner, L., Leithold, C., Czarske, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interferometric+velocity+measurements+through+a+fluctuating+gas-liquid+interface+employing+adaptive+optics.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feedback-based+wavefront+shaping.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+control+of+input+field+to+achieve+desired+output+intensity+profile+in+multimode+fiber+with+random+mode+coupling.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+resilient+focusing+through+a+bending+multimode+fiber.">Real-time resilient focusing through a bending multimode fiber.</a> Opt. Express. 21 (10), 12881-12887 (2013).</li><li>Ci&#382;m&#225;r, T., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploiting+multimode+waveguides+for+pure+fibre-based+imaging.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+phase+conjugation+for+turbidity+suppression+in+biological+samples.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-reversed+adapted-perturbation+(TRAP)+optical+focusing+onto+dynamic+objects+inside+scattering+media.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-wave+optical+phase+conjugation+mirror+by+actively+coupling+arbitrary+light+fields+into+a+single-mode+reflector.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+a+digital+optical+phase+conjugation+system+and+its+application+to+study+the+robustness+of+turbidity+suppression+by+phase+conjugation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+optical+phase+conjugation+for+delivering+two-dimensional+images+through+turbid+media.">Digital optical phase conjugation for delivering two-dimensional images through turbid media.</a> Sci. Rep. 3, (2013).</li><li>Papadopoulos, I. N., Farahi, S., Moser, C., Psaltis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focusing+and+scanning+light+through+a+multimode+optical+fiber+using+digital+phase+conjugation.">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., B&#252;ttner, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+of+independent+signals+through+a+multimode+fiber+using+digital+optical+phase+conjugation.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+and+techniques+of+digital+holographic+microscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+flexible+multi-mode+fiber+endoscope.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focusing+and+compression+of+ultrashort+pulses+through+scattering+media.">Focusing and compression of ultrashort pulses through scattering media.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 372-377 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

להרכבת הגדרת הניסוי (שלב 1 בפרוטוקול) דורשת התאמה יסודית של הרכיבים האופטיים עם כבוד זה לזה. ההיבט החשוב ביותר הוא השכיחות המלבנית של קורות הפניה על SLM כדי להבטיח גבוהה PBR. על מנת לשפר את ההתקנה יותר משני אותות משודרים, מפצלי קרן נוספים יכולים לשמש. כחלופה, יישום מבוסס סיבים יהיה יותר קומפקטי וחזק המאפשרים למערכת להיות ניידת בחקירות באתרו Biophotonics. אם גישה אחת בצד אפשרית רק, פתרונות כיול מבוסס מודל 20 צריכים להיות מושלמים כצעד בעתיד. האותות יותר משודרים, המצבים יותר יידרשו כך יותר פיקסלים הוא SLM ומצלמת CMOS יצטרכו להיות מעורבים להשגת PBR. יתר על כן, מספר הפיקסלים צריך להיות גדול או שווה למספר מצבים. במודעהdition, גודל פיקסל של SLM צריך להיות פעמיים את גודל קוטר רבב הקטן בצד הפרוקסימלי. מומלץ עוד כי SLM יש עומק קצת קצת ארבעה לפחות. מספר הפיקסלים של המצלמה המצוינת עם CMOS יעלה את מספר הפיקסלים SLM. עם זאת, במקום את מצלמת CMOS כל סוג גלאים אחר יכול להיות מועסק, CCD למשל. הוא הדין המצלמה מצוינת עם CCD. מגבלה אחת של השיטה המוצעת היא שמקור האור דורש אורך קוהרנטיות גדול (רוחב פס רפאים נמוך) כדי להבטיח התערבות בהולוגרמה הדרושים למדידת השלב. בנוסף, המערכת חייבת להיות יציבה, כלומר אין שינויים של הסיבים או ההתקנה האופטית בין הכיול וההעברה הם נסבלים כי הם מהירים יותר מאשר משך הכיול, אשר נמצא כעת מתחת ל -1 ים. עבור סיבים ארוכים ותדרי אות גבוהים, פיזור מהירות חבורה של מצבי סיבים השונים ישלהילקח בחשבון עלול להידרדר האות. כדי לפצות על זה, סיבי שיפוע-מדד או תיקון של עיוותים spatiotemporal 21 ניתן להשתמש. בניגוד לגישות נטיית שלב קודם, שיטת SDM המוצעת שלנו יכולה לשמש ביישומים, שבו אותות אור עצמאיים צריכים להיות משודרים. שיטות נטיית פזה יתרון בנוגע לביצועי זמן, לעומת גישות איטרטיבי או קביעת מטריקס מלאה. שדה יישום פוטנציאל נוסף אפשר כמסירת אור אנדוסקופית, למשל ב מלכודות אופטיות או optogenetics. לקבלת optogenetics, בשיטה שלנו יש יתרון לגבי תאורה סלקטיבית של נוירונים בודדים כדי לנתח את ההתנהגות של המוח ולהבין טוב יותר במחלות ניווניות.

העברת אותות אור מרובים באמצעות סיב multimode (MMF) בא לידי ביטוי קומוניקציות הנדסיות 1 ו Biophotonics 2. בהנדסת תקשורת, ריבוב שטח החלוק (SDM) הוא האמין להיות פתרון בר קיימא על מנת לשפר את יכולת ההולכה של סיבים אופטיים עבור יישומי העברת נתונים עתידיים מרוויחה ניצול גבוה של השטח המוגבל, לעומת סיבים במצב יחיד מרובים 3. בשנת Biophotonics, דגימות ביולוגיות הן מניפולציות על ידי שידור האור דרך אנדוסקופ MMF 4. לדוגמא, השליטה האופטית העצמאית של נוירונים בודדים באמצעות אנדוסקופים MMF היא עניין של optogenetics כדי ללמוד רשתות נוירונים במוח 5. עם זאת, האור מוקרן על היבט קלט MMF כפוף עיוות עקב ערבוב במצב ופיזור במהלך התפשטות אל outpuהיבט t של MMF. כתוצאה מכך, התקדמות האור משתנה, מה שהופך אות השידור מאתגר. Wavefront בעיצוב שיטות 6, 7 מיושמות פיזור מדיה באמצעות מאפנני אור מרחבים (SLM) ולאפשר פיצוי על העיוות בשל פיזור במהלך התקדמות אור 8. ישנן גישות איטרטיבי המביאות למרב את התפוקה באמצעות משוב אופטי 9. גישות אלה הן זמן רב למדי בגלל הצורך חזרות רבות ואת הרמה הגבוהה של חופש, מתאים למספר רב של אלמנטים אפננו. גישה נוספת היא לקבוע את העיוות לחלוטין בתוך MMF שתואר על ידי מטריקס התמסורת שלה 10. אם מספר מצבים להיות משודר הוא גדול, זה יהיה זמן רב גם כן. לעומת זאת, נטיית שלב דיגיטלית אופטי (dOPC) נחשבתמהיר יתרון כאן, מאז רק כמה מוקדי כתמים צריך להיווצר על היבט פלט של MMF. גישות נטיית שלב גם הוכחו למיקוד או הדמיה באמצעות רקמות ביולוגיות 12, 13, 14. עד כה, dOPC הועסק אות פעם אחת בלבד 15, 16, ויושם להעברת אור דרך MMF 17. גישת dOPC עבור אותות עצמאיים רבים לא הושגה. פתחנו שיטת dOPC משופרת לספק את השידור העצמאי של אותות אור מרובים באמצעות חזית גל פרט בעיצוב עבור כל אות העסקת יחיד שלב בלבד SLM 18. למטרה זו, את SLM הוא מקוטע לתוך אזורים, אחד לכל אות להיות משודר. הגדרת הניסוי המוצעת מתוארת באיור 1, שבו הכיול מתבצע) לפני השידור בפועל קורה ב). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> איור 1: הגדרת ניסוי. BS = קרן splitter, CCD = מכשיר תשלום מצמיד, OM = אפנן אופטי, CMOS = metal-oxide semiconductor משלימה, HWP = חצי גל צלחת, L = עדשה, מקטב ליניארי LP =, סיבי multimode MMF =, מטרת OBJ = מיקרוסקופ, PBS = מקטב הקרן splitter, SLM = מאפנן אור מרחבים (שלב בלבד) - רק קורות רלוונטיים (א) הכיול (ב) ההעברה המתוארות <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</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>

transmission of multiple signals through an optical fiber using wavefront shaping

העברת אותות אופטיים מרובים עצמאיים באמצעות סיב multimode מושגת באמצעות עיצוב חזית גל על ​​מנת לפצות על העיוות הקלה במהלך ההתפשטות בתוך הסיב. המתודולוגיה שלנו מבוססת על נטיית שלב דיגיטלית אופטי העסיקה רק מאפנן אור מרחבי יחיד, שבו חזית הגל האופטית מווסתת באופן פרטני על אזורים שונים של אפנן, באזור אחד לכל אות אור. גישות נטיית שלב אופטי דיגיטליות נחשבות מהר יותר מאשר גישות בעיצוב חזית גל שניות, שם (למשל) קביעה מלאה של התנהגות גל ההפצה של הסיבים מתבצעת. לעומת זאת, הגישה המוצגת היא זמן יעיל שכן הוא רק דורש כיול אחד לכל אות אור. השיטה המוצעת מתאימה פוטנציאלי עבור ריבוב חלוקת מרחבית בהנדסת תקשורת. שדות יישום נוספים הם משלוח האור אנדוסקופית ב Biophotonics, במיוחד optogenetics, שבו תאים בודדים ברקמות ביולוגיות צריכים להיות מואר באופן סלקטיבי עם רזולוציה גבוהה במרחב ובזמן.

<html> אותות פלט אופייניים בצד הדיסטלי של הסיבים הארוכים 2 מ &#39;מתוארים באיור 2. ראוי לציין, כי במקום מוקד הרצוי (שיא) מלווה דפוס רבב רצוי (ברקע), אשר בשל חוסר שלמות של dOPC כעניין של עיקרון. יחס שיא-רקע המקביל (PBR) מסתכם 53 (רק האות 1 הוא &#39;על&#39;), 36 (רק האות 2 &#39;מופעלת&#39;) ו -20 (שני אותות 1 ו -2 &#39;מופעלת&#39;) כאן, בהתאמה . PBR יכול להתארך כאשר סיב התומך במספר רב יותר של מצבים (כיום: 1710) משמש. בשל PBR הסופית, תוצאות crosstalk בין אותות הפלט, אשר דמיינה באיור 3. ערב הדיבור בין לאותות תקופתיים עם F1 תדרי f2 מסתכם -24 dB (מן האות 2 לאותת 1) ו -29 dB (מן האות 1 לאותת 2). ntent &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig2.jpg" /> איור 2: תמונה של סוף סיבים דיסטלי, העברת פלט אות 1 (משמאל), אות 2 (מרכז) ושניהם אות 1 ואת האות 2 (מימין). עוצמה [au] <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig3.jpg" /> איור 3: ספקטרום תדרים זמני של אות המוצא המשודרת 1 (משמאל) ו -2 (מימין). Amplitude [au] <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping at JoVE.com

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

We demonstrate the transmission of multiple independent signals through a multimode fiber using wavefront shaping employing a single spatial light modulator. By modulating the wavefront for each signal individually, spatially separated foci are transmitted. Potential applications are multiplexed data transfer in communications engineering and endoscopic light delivery in biophotonics.

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב

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

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

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Diagrams and Signal Flow Graphs

SCIENTISTS IN ACTION

9.8K Views.  TU Dresden. We demonstrate the transmission of multiple independent signals through a multimode fiber using wavefront shaping employing a single spatial light modulator. By modulating the wavefront for each signal individually, spatially separated foci are transmitted. Potential applications are multiplexed data transfer in communications engineering and endoscopic light delivery in biophotonics.

Video: Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing of the signals is done in the electrical domain. Direct storage in the optical domain would avoid the transfer of the packets to the electrical and back to the optical domain in every network node and, therefore, increase the speed and possibly reduce the energy consumption of telecommunications. However, light consists of photons which propagate with the speed of light in vacuum. Thus, the storage of light is a big challenge. There exist some methods to slow down the speed of the light, or to store it in excitations of a medium. However, these methods cannot be used for the storage of optical data packets used in telecommunications networks. Here we show how the time-frequency-coherence, which holds for every signal and therefore for optical packets as well, can be exploited to build an optical memory. We will review the background and show in detail and through examples, how a frequency comb can be used for the copying of an optical packet which enters the memory. One of these time domain copies is then extracted from the memory by a time domain switch. We will show this method for intensity as well as for phase modulated signals.

The article describes a procedure to store optical data packets with an arbitrary modulation, wavelength, and data rate. These packets are the basis of modern telecommunications.

חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

Engineering

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional states on-chip in a practical way have remained elusive due to the increasing complexity of the quantum circuitry needed to prepare and process such states. Here, we outline how high-dimensional, frequency-bin entangled, two-photon states can be generated at a stable, high generation rate by using a nested-cavity, actively mode-locked excitation of a nonlinear micro-cavity. This technique is used to produce pulsed quantum frequency combs. Moreover, we present how the quantum states can be coherently manipulated using standard telecommunications components such as programmable filters and electro-optic modulators. In particular, we show in detail how to accomplish state characterization measurements such as density matrix reconstruction, coincidence detection, and single photon spectrum determination. The presented methods form an accessible, reconfigurable, and scalable foundation for complex high-dimensional state preparation and manipulation protocols in the frequency domain.

A protocol is presented for the practical generation and coherent manipulation of high-dimensional frequency-bin entangled photon states using integrated micro-cavities and standard telecommunications components, respectively.

דור ושליטה קוהרנטי של הקוונטים פעמו תדירות מסרקים

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional ...

High-Throughput Total Internal Reflection Fluorescence and Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy Using a Photonic Chip

Total internal reflection fluorescence (TIRF) is commonly used in single molecule localization based super-resolution microscopy as it gives enhanced contrast due to optical sectioning. The conventional approach is to use high numerical aperture microscope TIRF objectives for both excitation and collection, severely limiting the field of view and throughput. We present a novel approach to generating TIRF excitation for imaging with optical waveguides, called chip-based nanoscopy. The aim of this protocol is to demonstrate how chip-based imaging is performed in an already built setup. The main advantage of chip-based nanoscopy is that the excitation and collection pathways are decoupled. Imaging can then be done with a low magnification lens, resulting in large field of view TIRF images, at the price of a small reduction in resolution. Liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) were imaged using direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM), showing a resolution comparable to traditional super-resolution microscopes. In addition, we demonstrate the high-throughput capabilities by imaging a 500 &#181;m x 500 &#181;m region with a low magnification lens, providing a resolution of 76 nm. Through its compact character, chip-based imaging can be retrofitted into most common microscopes and can be combined with other on-chip optical techniques, such as on-chip sensing, spectroscopy, optical trapping, etc. The technique is thus ideally suited for high throughput 2D super-resolution imaging, but also offers great opportunities for multi-modal analysis.

Chip-based super-resolution optical microscopy is a novel approach to fluorescence microscopy and offers advantages in cost effectiveness and throughput. Here, the protocols for chip preparation and imaging are shown for TIRF microscopy and localization-based super-resolution microscopy.

כולל תפוקה גבוהה של השתקפות פנימית ומיקרוסקופ שחזור אופטי סטוכסטי אופטיים באמצעות שבב פוטוני

Total internal reflection fluorescence (TIRF) is commonly used in single molecule localization based super-resolution microscopy as it gives enhanced ...

Biochemistry

Shaping the Amplitude and Phase of Laser Beams by Using a Phase-only Spatial Light Modulator

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser radiation. The method is based on the coherent sum of two uniform waves, previously encoded into a phase-only spatial light modulator (SLM) by spatial multiplexing of their phases. Here, the interference process is carried out by spatial filtering of light frequencies at the Fourier plane of certain imaging system. The correct implementation of this method allows arbitrary phase and amplitude information to be retrieved at the output of the optical system.
It is an on-axis, rather than off-axis encoding technique, with a direct processing algorithm (not an iterative loop), and free from coherent noise (speckle). The complex field can be exactly retrieved at the output of the optical system, except for some loss of resolution due to the frequency filtering process. The main limitation of the method might come from the inability to operate at frequency rates higher than the refresh rate of the SLM. Applications include, but are not limited to, linear and non-linear microscopy, beam shaping, or laser micro-processing of material surfaces.

We show how to encode the complex field of laser beams by using a single phase element. A common-path interferometer is employed to mix the phase information displayed into a phase-only spatial light modulator to finally retrieve the desired complex field pattern at the output of an optical imaging system.

בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser ...

Low-cost Custom Fabrication and Mode-locked Operation of an All-normal-dispersion Femtosecond Fiber Laser for Multiphoton Microscopy

A protocol is presented to build a custom low-cost yet high-performance femtosecond (fs) fiber laser. This all-normal-dispersion (ANDi) ytterbium-doped fiber laser is built completely using commercially available parts, including $8,000 in fiber optic and pump laser components, plus $4,800 in standard optical components and extra-cavity accessories. Researchers new to fiber optic device fabrication may also consider investing in basic fiber splicing and laser pulse characterization equipment (~$63,000). Important for optimal laser operation, methods to verify true versus apparent (partial or noise-like) mode-locked performance are presented. This system achieves 70 fs pulse duration with a center wavelength of approximately 1,070 nm and a pulse repetition rate of 31 MHz. This fiber laser exhibits the peak performance that may be obtained for an easily assembled fiber laser system, which makes this design ideal for research laboratories aiming to develop compact and portable fs laser technologies that enable new implementations of clinical multiphoton microscopy and fs surgery.

A method is presented to build a custom low-cost, mode-locked femtosecond fiber laser for potential applications in multiphoton microscopy, endoscopy, and photomedicine. This laser is built using commercially available parts and basic splicing techniques.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

A protocol is presented to build a custom low-cost yet high-performance femtosecond (fs) fiber laser. This all-normal-dispersion (ANDi) ytterbium-doped ...

Characterization of SiN Integrated Optical Phased Arrays on a Wafer-Scale Test Station

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for moving mechanical parts. This technology is particularly useful for beam steering applications. Here, we focus on OPAs integrated into SiN photonic circuits for a wavelength in the near infrared. A characterization method of such circuits is presented, which allows the output beam of integrated OPAs to be shaped and steered. Furthermore, using a wafer-scale characterization setup, several devices can easily be tested across multiple dies on a wafer. In this way, fabrication variations can be studied, and high-performance devices identified. Typical images of OPA beams are shown, including beams emitted from OPAs with and without a uniform waveguide length, and with varying numbers of channels. In addition, the evolution of output beams during the phase optimization process and beam steering in two dimensions is presented. Finally, a study of the variation in the beam divergence of identical devices is performed with respect to their position on the wafer.

Here, we describe the operation of a SiN integrated photonic circuit containing optical phased arrays. The circuits are used to emit low divergence laser beams in the near infrared and steer them in two dimensions.

אפיון מערכים אופטיים משולבים של מערכי מופע בתחנת הבדיקה בסולם וופל

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

ססגוניות קרינת איתור עבור מיקרופלואידיקה אגל באמצעות סיבים אופטיים

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Optimizing Brillouin Optical Time-Domain Analyzers Based on Gain Spectrum Engineering

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is superimposed with two symmetric Brillouin loss spectra (BLS). This leads to a complex engineered spectrum shape that is more resistant to the sensing system noise. Instead of only one pump and probe interaction as in the conventional BOTDA setup, three optical probe waves are exploited, with one probe located in the BGS and the other two symmetrically in the BLS. Due to the resistance and insensitivity of the engineered spectrum shape to the noise, the sensing performance is enhanced by 60% and the measurand resolution is doubled.

A protocol for Brillouin optical time-domain analyzers based on gain spectrum engineering is presented. Enhancements in the sensing performance, including sensing range and measurand resolution are achieved and the excess Brillouin intensity noise is studied. The protocol introduces a new way to enhance distributed Brillouin sensing performance.

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is ...