Les fibres optiques multimodes (MMF) sont des brins de verre très fins qui sont omniprésents dans les applications de guidage de la lumière. Leur développement est allé de pair avec l’énorme croissance de la transmission rapide d’informations à travers le monde.
La faible empreinte des MMF en fait également des candidats intéressants pour les micro-endoscopes de nouvelle génération, pour fournir une microscopie optique profondément dans le corps. Cependant, la capacité d’information pratique des MMF est limitée par la dispersion modale – un mécanisme qui brouille les informations spatiales se propageant à travers les MMF.
Ainsi, la transmission directe d’images à travers les MMF est extrêmement difficile : une image projetée à une extrémité est brouillée de manière méconnaissable au moment où la lumière atteint l’autre extrémité. Des recherches pionnières de la dernière décennie ont montré comment le brouillage optique causé par les MMF peut être mesuré et annulé. Maintenant, une équipe de chercheurs de l’Université d’Exeter et de l’Institut Leibniz de technologie photonique s’est appuyée sur cette idée et propose une nouvelle stratégie d’imagerie, appelée inversion optique.
La recherche a été publiée dans Informatique intelligente.
« La majorité des techniques d’imagerie démontrées jusqu’à présent reposent sur le balayage raster ou la projection de motifs séquentiels, ce qui signifie essentiellement que la lumière est déchiffrée un mode spatial à la fois. » L’auteur principal, le Dr Unė Būtaitė, a déclaré:
« Cela empêche actuellement la fourniture de techniques d’imagerie à champ large via les MMF. Par exemple, il n’existe actuellement aucun moyen de réaliser une imagerie à super résolution à champ large à la pointe d’une MMF, ce qui serait un moyen très souhaitable d’acquérir une compréhension plus approfondie. des processus biologiques à l’intérieur du corps. »
Pour surmonter ce problème, les chercheurs proposent et conçoivent un dispositif optique passif, appelé onduleur optique. Le Dr Būtaitė a expliqué : « Notre onduleur peut être compris comme un milieu de diffusion sur mesure, conçu pour être complémentaire d’un MMF afin d’annuler ses effets optiques. »
L’information spatiale est brouillée après que la lumière issue de la scène s’est propagée à travers MMF, mais l’inverseur optique brouille la lumière exactement à l’inverse de la fibre, ce qui permet de reformer l’image de la scène de manière passive, et de façon tout-à-fait manière optique en quelques nanosecondes.
Différents scénarios ont été simulés pour étudier les performances de la conception de l’inverseur optique du chercheur. Les résultats montrent qu’un onduleur optique a le potentiel d’obtenir une imagerie à champ large unique et une imagerie à super résolution via les MMF. De plus, en incorporant des effets de mémoire optique dans sa conception, l’inverseur optique peut s’adapter dynamiquement pour voir à travers des fibres flexibles.
Le Dr David Phillips, auteur principal du projet, a déclaré : « Le principal avantage de notre concept est qu’il rend possible toute forme de microscopie à champ large à l’extrémité d’une fine mèche de cheveux de MMF, qui peut potentiellement être chargée dans une aiguille. pour visualiser des scènes profondément à l’intérieur du corps. Cela inclut de nouvelles techniques d’imagerie puissantes telles que l’imagerie à super résolution basée sur la localisation, ainsi que d’autres formes émergentes de microscopie à super résolution parallélisée, de microscopie à illumination structurée et de microscopie à feuille de lumière à objectif unique.
« En outre, l’imagerie à champ large à un seul coup à n’importe quelle distance au-delà de l’extrémité distale d’une courte longueur de MMF devient également possible. »
À l’avenir, les chercheurs prédisent d’autres applications pour cette recherche. Le Dr Phillips a déclaré: « La stratégie d’inversion optique que nous avons décrite ici peut potentiellement être étendue pour déchiffrer la lumière qui a traversé d’autres objets, tels que les guides d’ondes à cristaux photoniques, les lanternes photoniques ou les tissus biologiques. »
« Enfin, nous prévoyons que l’inversion tout optique de la lumière diffusée trouvera un éventail d’applications au-delà de l’imagerie optique : bénéficiant aux domaines du multiplexage par répartition de mode pour les communications optiques à haute capacité, ainsi qu’à la cryptographie quantique et à l’informatique optique classique et quantique. Nous sommes ravi de voir où va cette technologie. »
Plus d’information:
Unė G. Būtaitė et al, Comment construire « l’inverse optique » d’une fibre multimode, Informatique intelligente (2022). DOI : 10.34133/2022/9816026
Fourni par l’informatique intelligente