효율적인 파장 교정

2023년 2월 2일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

동료 검토 출판물

신뢰할 수 있는 출처

교정하다

중국과학원 제공

Wellman 광의학 센터의 연구원들은 다중 모드 광섬유를 통해 전송되는 빛의 공간 분포에서 파장에 따른 변화가 무작위가 아니라 고도로 예측 가능하다는 것을 입증했습니다.

그들은 파장 스펙트럼에 걸쳐 섬유를 통한 빛의 투과를 효율적으로 측정하기 위한 분산 모델과 계산 방법을 개발했습니다. 다중 모드 광섬유를 통해 서로 다른 파장을 가진 빛의 공간 전송을 제어하는 ​​것은 바이오 이미징 및 통신 분야에 응용할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.

다중 모드 광섬유(MMF)는 일반적으로 사람 머리카락 굵기인 125μm의 직경을 갖는 클래딩에 내장된 도광 코어로 구성됩니다. 단일 공간 모드만 안내할 수 있을 만큼 작은 코어가 있는 단일 모드 광섬유와 달리 MMF에는 고유한 속도로 이동하고 서로 자주 결합되는 수십에서 수천 개의 공간 모드가 있습니다.

결과적으로 MMF는 빛을 효율적으로 전송하지만 공간 패턴을 유지하지 못합니다. 입력 신호는 뚜렷한 위상 지연을 혼합하고 경험하는 모드 조합과 결합되어 겉보기에 무작위인 출력을 생성합니다. 그러나 입력 및 출력 전자기장은 선형 방식으로 관련되어 있으며 관련된 모든 입력 및 출력 모드 간의 결합 계수는 광섬유의 일관된 전송 매트릭스를 정의합니다. 이러한 관점에서 MMF는 흔하지 않은 광학소자로 취급될 수 있습니다.

일반적으로 교정을 통해 전송 행렬이 알려지면 그 효과는 계산적으로 또는 공간 광 변조기를 통해 보상될 수 있습니다. 이러한 복잡한 매체를 통한 광 전송 제어의 발전은 생물 의학에서 소형 내시경 사용을 위한 MMF를 통한 이미징 및 통신에서의 공간 다중화를 포함하여 미래 응용 분야에 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.

MMF를 통한 광 전송 제어와 관련된 일반적인 과제 중 하나는 광섬유 전송 매트릭스의 파장 의존성입니다. 파장의 미세한 변화는 일반적으로 전송된 필드의 겉보기에 독립적인 분포를 유도합니다. 여러 파장에서 전송을 제어하려면 각 파장에서 전송 매트릭스를 지루하게 교정해야 했습니다.

Light: Science & Application에 발표된 새로운 논문에서 보스턴에 있는 Wellman Center for Photomedicine의 연구원들은 이제 다중 모드 광섬유 전송 매트릭스의 파장 의존성이 무작위가 아니라 매우 결정적이라는 것을 보여줍니다. 그들은 광섬유의 다중 스펙트럼 전송 매트릭스를 효율적으로 교정하기 위한 매개변수 분산 모델과 계산 방법을 개발하여 조밀한 스펙트럼 측정의 필요성을 제거했습니다.

파장 변화에 상대적으로 둔감한 특정 입력 패턴 세트와 해당 출력 패턴을 찾는 것이 가능하다는 것이 오랫동안 인식되어 왔습니다. 이러한 '주 모드' 중 하나로 발사된 빛의 펄스는 시간적 산란 없이 광섬유를 통해 전송되며 모드 특성 지연을 통해 도착합니다.

"완전한 공간 및 스펙트럼 제어를 달성하려면 다양한 모드 간의 위상 오프셋과 이러한 위상이 파장에 따라 어떻게 변하는지를 고려하여 모든 주요 모드의 적절한 중첩을 생성할 수 있어야 합니다"라고 Szu-Yu는 설명합니다. 연구의 주요 저자이자 최근 Ph.D. MIT와 Harvard의 보건 과학 및 기술 프로그램을 졸업했습니다.