Name: transmission of multiple signals through an optical fiber using wavefront shaping
Uploaded: 2017-03-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
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The financial support by DFG (German research foundation, project CZ 55/30-1) for parts of this work is gratefully acknowledged.

1. 실험 설정 조립 <ol><li> 전방 측 준비 <ol><li> 두고 평행 광선을 제공하는 레이저를 수정 - 또는 섬유의 출사면에서 시준 된 광학 섬유 결합 레이저를 사용한다. </li><li> 기준 및 대상 빔으로 레이저 빔을 분할하는 편광 빔 스플리터 (PBS)를 넣는다. 기준 빔 (선단 측) 오브젝트 빔의 파워가 대략 동일 마운트까지의 회전에 HWP을 회전시킴으로써 반 파장 판 (HWP)의 방향을 설정. 참조 및 대상 빔 모두에 화면을 넣어이 옵션을 선택합니다. 기준 빔의 편광은 편광 성 공간 광 변조기 (SLM)에 맞도록 PBS의 방향을 선택한다. </li><li> 두 개의 빔으로 참조광을 분할 기준 빔으로 빔 스플리터 (BS)를 넣는다. BS1에서 오는이 두 빔이 각각 OM1 및 OM2을 통과 할 수 있도록 광학 변조기 (OM)을 놓습니다. &lt;/ 리&gt; <li> 두 개의 거울을 사용 BS2에서 OM1 및 OM2을 통과하는 두 개의 빔을 결합합니다. 두 빔이 공간적으로 분리되도록 빔 스플리터와 거울을 조정합니다. </li><li> 조심스럽게 두 빔의 입사 방향은 처음 픽셀은 SLM의 평면 무시 BS3 및 BS4에 수직하도록 정렬 BS5. 처음에는 아무것도 즉, SLM 상에 디스플레이되지 않으며, 그것은 (2 단계에 걸쳐) 교정 끝까지 거울처럼 동작한다. </li><li> 위치 및 두 개의 렌즈 (L) 사이의 거리 상보 금속 산화물 반도체 (CMOS) 카메라의 SLM 평면의 선명한 이미지를 얻기 위해 케플러 망원경 구성을 조정한다. 수차를 최소화하기위한 L1 및 L2의 올바른 방향 (평탄면은 서로 대향된다)를 손목 시계. </li></ol></li><li> 말단 측 준비 <ol><li> 두 개의 빔으로 물체 광을 분할하여 두 개의 거울을 이용하는 BS8 그들을 결합 BS7를 사용한다. 또, 빔 스플리터 및 MI를 조정두 빔들이 공간적으로 분리되도록 널 오 류. </li><li> 현미경 목표 (OBJ)로 목표로 BS9를 사용하여 두 빔을 편향. 다중 모드 광섬유 (MMF)의 선단에 집중 OBJ2. L3 및 전하 결합 소자 (CCD) 카메라를 채용 MMF에서 다시 반사를 관찰함으로써 포커스를 확인한다. </li></ol></li><li> 연결 근위 및 원위 측면 <ol><li> MMF를 채용 OBJ1 나오는 대상 빔으로부터의 광을 시준. </li><li> 우선 선형 편광자 (LP)을 무시 BS6를 사용하여 물체 광을 분할. 참조 BS3에서 보와 BS4는 거울을 사용하는 모두 모두 대상 빔을 결합합니다. 빔 스플리터와 거울을 조정 있도록 작은 각도 (이하 1 °)와 교차하는 SLM의 기준 및 대상 빔 중첩의 각 쌍. </li><li> 기준의 힘과 물체 빔의 HWP의 방향을 돌려 1.1.2 단계에있어서, 대략 동일한 지 확인합니다. </li><li> 간섭 페이지를 확인attern 모스 카메라 (홀로그램 축 OFF)를 따라 교차 각도를 조정한다. 간섭 무늬의 간격은 대략 CMOS 카메라에 두 개의 화소의 크기에 달할 때까지의 각도를 증가시킨다. </li><li> 카메라 이미지 뚜렷한 줄무늬 표시되도록 상기 CMOS 카메라 화상에서의 간섭 패턴의 최대 콘트라스트를 얻기 위해 객체 및 기준 빔의 편광과 일치하도록 LP의 방향을 조정한다. </li></ol></li></ol> 2. 시스템 보정 <ol><li> SLM 및 CMOS 픽셀 간의 관계를 보정 <ol><li> 전용 기준 빔 중 하나를 사용하여 전체 SLM을 조명 블록은 다른 기준 빔과 오브젝트. </li><li> 모스 카메라로 SLM의 이미지를 캡처. </li><li> 그래픽 소프트웨어 및 PC의 마우스 커서를 이용하여 CMOS 카메라 화상에서의 SLM의 좌측 상단 모서리 등의 좌표를 얻을. 원점 이러한 픽셀 좌표를 사용하여은 SLM에. </li><li> 모든 빔 블록을 제거합니다. </li></ol></li><li> 신호 경로 보정 <ol><li> 모두 참조 빔 (2)와 객체 빔 (2)를 차단합니다. </li><li> 모스 카메라 홀로그램 이미지를 캡처. 각 스펙트럼에있어서 (19)를 사용하여 기록 된 홀로그램의 위상을 평가한다. 빔 (1)의 해당 영역에서의 반전 된 위상을 계산한다. </li><li> 전자 빔 블록을 제거하고 지금은 모두 참조 빔 1 개체 빔 1을 차단합니다. </li><li> 모스 카메라 홀로그램 이미지를 캡처. 다시 각 스펙트럼 방법을 사용하여 기록 된 홀로그램의 위상을 측정한다. 빔 (2)의 해당 영역에서 반전 된 위상을 계산합니다. </li><li> 모든 빔 블록을 제거합니다. </li></ol></li></ol> 3. 신호를 전송 <ol><li> 대상 빔 차단. </li><li> 함께 빔 (1)과 (2)의 대응하는 영역에서 산출 된 위상 반전 이미지 스티칭 및 표시는 SLM에 전체 이미지는 일반적으로 컴퓨터 그래픽 포트를 사용. </li><li> OM1 및 OM2를 활성화함으로써 입력 신호 (1) 및 (2)의 변조를 시작한다. </li><li> CCD 카메라의 출력 신호들 (1)과 (2)를 관찰한다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

실험 장치 (프로토콜 단계 1)의 조립은 서로에 대한 상기 광학 구성 요소의 완전한 정렬을 필요로한다. 가장 중요한 목적은 높은 PBR을 보장하기 위해서 SLM 상으로 기준 빔의 입사 직사각형이다. 두 개 이상의 송신 된 신호에 대한 설정을 향상시키기 위하여, 추가적인 빔 스플리터가 사용될 수있다. 대안으로, 섬유 기반의 구현은보다 컴팩트 한 시스템은 바이오 포토닉스 시츄 수사 휴대용 수 있도록 견고하다. 단일 측면 액세스 가능한 경우에만, 모델 - 기반 보정 용액 (20)은 이후의 단계로 수행 될 필요가있다. 송신 된 신호보다 더 모드는 PBR을 달성하기위한 관련되어야 할 것이다 SLM 및 CMOS 카메라 모두 너무 이상의 픽셀을 요구한다. 또한, 화소 수 모드의 수보다 크거나 동일해야한다. 광고에서시 조건은 SLM의 화소 크기는 기단 측의 작은 반점 직경 크기의 두 배이어야한다. 이는 상기 SLM에 4 개 이상의 비트의 비트 깊이를 갖는 것이 권장된다. CMOS 붙이고 카메라의 화소 수는 SLM 픽셀의 수를 초과한다. 그러나, 임의의 다른 검출기 유형이 사용될 수있다 대신 CMOS 카메라, 디지털 카메라, 예를 들면 CCD. 동일은 CCD로 표시된 카메라를 보유하고있다. 제안 된 방법의 하나의 제한은 광원의 위상 측정에 필요한 홀로그램의 간섭을 보장하기 위해 큰 간섭 성 길이 (낮은 스펙트럼 대역폭)을 필요로한다는 것이다. 또한, 시스템은 안정 섬유 또는 교정과 송신 사이의 광학 설정의 변경이 빠른 현재의 1 이하 교정의 기간보다 것을 허용없는 즉한다. 장 섬유와 높은 신호 주파수에 대해, 상이한 섬유 모드의 군속도 분산을 갖는다고려되어야하고, 신호를 열화 할 수있다. 그 보상하기 위해, 경사 - 인덱스 섬유 또는 시공간 왜곡 (21)의 보정은 사용할 수있다. 이전 위상 공액 접근법과 대조적으로, 제안 SDM 방식은 독립된 광 신호가 송신되어야하는 애플리케이션에 사용될 수있다. 위상 공액의 방법은 반복적 인 방식 또는 전체 행렬의 결정에 비해, 시각 성능에 대하여 유리하다. 하나 더 잠재적 인 응용 분야는 광학 트랩이나 optogenetics에서 예를 들어 내시경 빛 전달 될 수있다. optogenetics 들어, 우리의 방법은 뇌의 움직임을 분석하고 더 신경 퇴행성 질환을 이해하기 위해 단일 뉴런의 선택적인 조명에 관한 유리하다.

다중 모드 광섬유 (MMF)을 통한 다중 광 신호의 전송은 통신 기술 한 바이오 포토닉스 및 2에서 분명하다. 통신 공학, 공간 분할 다중화 (SDM)는 다수의 단일 모드 광섬유와 비교하여 제한된 공간의 활용도 혜택 장래 데이터 전송 애플리케이션을위한 광섬유의 전송 용량을 향상시키기 위해 가능한 해결책이 될 것으로 여겨진다 3. 바이오 포토닉스에서, 생물학적 시료는 MMF 내시경 (4)를 통해 광 투과에 의해 조작된다. 예를 들어, MMF 내시경을 이용하여 각각의 뉴런의 독립적 제어 광은 뇌 5 신경 네트워크를 연구하기 위해 optogenetics 대한 관심사이다. 그러나, MMF 입력면에 투사 된 빛이 outpu에 전파하는 동안 왜곡으로 인해 모드 혼합과 분산이 적용됩니다MMF를의 t 패싯. 결과적으로, 빛의 전파를 신호 전송 도전하게하는 변경된다. 파면을 형성하는 방법 (6), (7) 공간 광 변조기 (SLM)를 사용하여 미디어를 산란인가 의한 광의 전파 중에 8 산란으로 왜곡 보상을 가능하게한다. 광 피드백 9를 이용하여 출력을 최적화하는 반복적 인 방법이있다. 이러한 접근은 다소 시간이 있기 때문에 다수의 반복을위한 필요성과 높은 자유도 걸리는 모듈레이터 많은 요소에 대응한다. 또 다른 방법은 완전히 전송 행렬 (10)에 의해 설명 된 MMF 내의 왜곡을 결정하는 것이다. 전송하고자하는 모드의 개수가 큰 경우,이뿐만 아니라 시간이 소모 될 것이다. 반대로, 디지털 광 위상 공액 (DOPC)가되는 것으로 간주된다단지 소수의 초점 스팟 보낸 빠르고 여기 유리는 MMF의 출력면에서 발생해야한다. 위상 공액 접근법은 또한 생체 조직 (12, 13), (14)를 통해 포커싱 또는 이미징 입증되었다. 지금까지, DOPC 단일 시보 15, 16을 사용 하였다 및 MMF (17)을 통해 빛의 전송에 적용되었다. 다중 독립 신호용 DOPC 방식은 달성되지 않았다. 우리는 단일 위상 한정 SLM (18)를 이용하는 각각의 신호를 정형 개별 파면을 사용하여 다중 광 신호의 독립 송신을 제공하는 향상된 DOPC 방법을 개발 하였다. 이를 위해 상기 SLM은 각각의 신호에 대해 하나가 송신되는 영역들로 분할된다. 제안 된 실험 장치는 그림 1에 도시되어있다보정은 실제 전송에 앞서)가 수행된다) (B)에서 발생한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig1.jpg" /> 그림 1 : 실험 설정. BS = 빔 스플리터, CCD = 전하 결합 소자, OM은 = 광 변조기, CMOS는 = 상보 형 금속 산화 반도체, HWP는 = 반파 장판, L = 렌즈, LP = 선형 편광자 MMF = 다중 모드 광섬유, OBJ = 현미경 대물, PBS = 빔 스플리터, SLM = 공간 광 변조기 편광 (위상 만 해당) - 도시되어있다 (a)는 교정 및 (b)에 전송에만 해당 빔 <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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

다중 모드 광섬유를 통해 여러 개의 독립적 인 광 신호의 전송은 섬유 내의 전파 중에 광 왜곡을 보상하기 위해 파면 정형을 이용하여 달성된다. 우리의 방법은, 광 파면 개별적 변조기의 서로 다른 영역에서 변조 된 단일 공간 광 변조기, 광 신호 당 하나의 영역을 채용하는 디지털 광 위상 공액에 기초한다. 디지털 광 위상 공액 접근법 (예를 들어) 광섬유의 전파 동작의 완전한 결정이 수행되는 다른 파면을 형성하는 방법,보다 빠른 것으로 간주된다. 에만 광 신호 당 하나의 교정을 필요로하기 때문에 이와 대조적으로, 제시된 방법은 시간이 효과적이다. 제안 된 방법은 통신 공학 공간 분할 다중화 잠재적으로 적합하다. 또한 응용 분야, 특히 O를, 바이오 포토닉스에서 내시경 빛을 전달하다생체 조직에서 하나의 세포가 ptogenetics은 선택적으로 높은 공간 및 시간 해상도 조명한다.

<html> 2 m 길이의 섬유의 선단 측의 일반적인 출력 신호는도 2에 도시된다. 원하는 초점 지점 (피크) 원칙의 문제로 DOPC의 불완전 성 때문이다 원하지 않는 스펙 클 패턴 (배경), 동반합니다. 대응하는 피크 - 투 - 배경 비율 (PBR)이 53 금액, (36) 각각 여기에 (두 신호 1, 2 &#39;에&#39;있다 ()으로 만 신호 2 &#39;에&#39;있다), 20 (단독 신호 1 &#39;에&#39;입니다) . (: 1710 현재)을 사용 모드들의 더 많은 수를 지원하는 섬유 때 PBR은 증가 될 수있다. 도 3에 가시화 유한 PBR 출력 신호들 사이의 크로스 토크의 결과로 인해. -24 dB로 주파수 F1과 F2의 양의주기 신호 사이의 크로스 토크 (신호 (2)로부터 제 1 신호를 위해) 및 -29 dB는 (신호 1이 신호)이다. ntent &quot;FO : 유지-together.within 페이지 =&quot;1 &quot;&gt; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig2.jpg" /> 그림 2 : 원심 섬유 끝의 이미지, 출력 신호 1 (왼쪽), 신호 2 (중앙) 두 신호 1, 신호 2 (오른쪽)의 전송. 강도는 [프] <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/55407/55407fig3.jpg" /> 그림 3 : 전송 출력 신호 1 (왼쪽)과 2 (오른쪽)의 시간적 주파수 스펙트럼. 진폭 [프] <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55407/55407fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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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.

파면 정형을 이용하여 광섬유를 통해 다중 신호 전송

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

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9.8K 조회수.  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.

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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.

광학 데이터 패킷을 준 광 저장

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

연구

공학

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.

빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성

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.

멀티 코어 섬유에 브래그 격자를 작성

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.

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.

포토닉 칩을 사용한 고처리량 총 내부 반사 형광 및 직접 적층 광학 재건 현미경

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

생화학

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.

진폭 및 위상 레이저 광선의 위상 전용 공간 가벼운 변조기를 사용 하 여 형성

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.

다광자 현미경을 위한 저비용 맞춤형 제작 및 모드 잠금 작동 의 모든 정상 분산 펨토초 섬유 레이저

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.

웨이퍼 스케일 테스트 스테이션에서 SiN 통합 광학 위상 어레이의 특성화

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.

물방울 미세 유체에 대한 여러 가지 빛깔의 형광 검출 광학 섬유를 사용하여

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

생체공학

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 ...