一种用于多芯光纤实时成像的快速、廉价技术

多芯光纤(MCF)在通信领域、光纤激光器和医用内窥镜等领域开始越来越受到关注。基于多芯光纤的光学成像技术，它利用纤维束(每个纤维像一个离散的像素形成最终的像素图像)，以一种微创的方式用于人体内部的研究。最近，基于多芯光纤的大功率激光放大器和下一代无透镜成像技术用于人体内的癌症诊断的技术已经越来越成为研究热点，这就需要测量和控制多芯光纤发出光的空间分布及其实时的偏振态情况。这使得一种真正的一次性的、低成本的和精确的内镜探头的生产和制造成为可能。

如今，位于法国的埃克斯马赛大学和里尔大学的研究人员，与来自纽约的罗彻斯特大学的科学技术共同合作研究，已经提出一种新的技术。

所提出的方法是快速，简单，价格低廉，能够同时测量实时通过大量纤芯的光的偏振态。不同于现有的技术的需要多个步骤或大型实验的复杂性，这种技术通过一个简单的光学窗口进行测量，技术上称为应力工程光学元件(SEO)，它能够编码的光的偏振状态进入每个的纤芯图像的空间形状中。

该技术为人们能够控制多芯光纤的光的偏振状态铺平了道路，有可能实现临床的结构和分子成像。研究人员将在美国时间的10月17日到21日的光学前沿/激光科学会议上描述他们的研究成果。

“这是一个强大而简单的技术，在有限的相机速度限制下进行研究光纤内光的偏振态的演化，”Miguel Alonso说，他是罗切斯特大学的光学副教授，并且是该研究的主要研究员。“在研究中，以我们所知，这种技术第一次提供了在多芯光纤束中超过100个独立纤芯的光传播偏振态的最快的测量。同时，这种方法使我们能够描述偏振态是如何被光纤多影响的，尤其是当纤维被扭曲或缠绕时。我们发现，光线中光的偏振状态令人惊讶的可以被很明显地操纵。”

能够同时测量多个光纤源的光偏振态，开启了在许多应用中通过控制偏振态创造 反馈回路的可能性。例如，高功率的激光放大器和那些依赖于融合多个相同性质激光束产生高密度局部化光束的无透镜成像。偏振是实现高强度激光束控制的关键特性之一。此外，在光学成像的应用中，基于多芯光纤的内窥镜在使用中必须弯曲和移动。对每个光纤的光偏振态的实时监测将使科学家能够控制并精确光纤激光束，以实现高分辨率图像。

“在我们的实验中的关键概念是，光的偏振状态可以转化成空间形状上的每个单独的光纤的图像，” Alonso解释说。中央转换装置是应力工程光学元件(SEO)，这是一个具有非常不同偏振特性的圆柱玻璃窗。

在实验中，一个应力光学元件和圆极化器类似于3D电影的滤光片，放置在光纤和相机之间，也在镜头光纤成像前。应力光学元件对来自每个光纤的激光束对应一个特定的空间形状(称为一个点扩散函数)进行编码，这是观察和记录在相机上的偏振状态。随着独特的空间形状，研究人员可以推出在每个光纤中的激光束的原始的偏振状态。

在这项研究中，研究人员将这两种技术应用于两种类型的多芯光纤：保偏多芯光纤和由475个光纤芯组成的传统光纤束。

“光通过光纤芯传播，一个偏振保持多芯光纤保持特定的偏振，这跟像是作为一个控制实验。475芯光纤代表一个未知的偏振状态的情况，” Alonso说。研究人员展示了单次极化技术在表征两种不同类型的多芯光纤的能力。

“该技术的主要优点是它的简单性和效率，” Alonso指出。“此外，它只需要相对便宜的和静态的组件，可以很容易地集成到任何成像系统。”

研究人员的下一步是将实时测量扩展到偏振态的控制，这将实现在纳米级的光物质相互作用的测量和相干控制中的应用。