一种通过多模光纤解扰光传播的新光学反转策略

多模光纤(MMF)是发丝般细的玻璃丝，在光导应用中无处不在。它们的发展与全球信息快速传输的巨大增长齐头并进。

MMF的微小足迹也使它们成为下一代微型内窥镜的有趣候选者，可将光学显微镜深入人体。然而，MMF的实际信息容量受到模态色散的限制——模态色散是一种扰乱通过MMF传播的空间信息的机制。

因此，通过MMF直接传输图像极具挑战性：投射到一端的图像在光线到达另一端时已变得无法辨认。过去十年的开创性研究表明，如何测量和消除由MMF引起的光学扰乱。现在，来自埃克塞特大学和莱布尼茨光子技术研究所的一组研究人员以这一想法为基础，提出了一种新的成像策略，称为光学反转。

该研究发表在智能计算上。

“迄今为止展示的大多数成像技术都依赖于光栅扫描或顺序图案投影，这基本上意味着光一次被解读为一种空间模式。”主要作者UnėBūtaitė博士说，

“这目前排除了通过MMF提供广域成像技术。例如，目前没有办法在MMF的尖端进行广域超分辨率成像——这将是获得更深入理解的一种非常理想的方式体内的生物过程。”

为了克服这个问题，研究人员提出并设计了一种无源光学器件，称为光逆变器。Būtaitė博士解释说，“我们的逆变器可以理解为一种定制的散射介质，旨在与MMF互补，以消除其光学效应。”

场景发出的光经过多模光纤传播后，空间信息被扰乱，而光逆变器对光的扰乱方式与光纤恰好相反，使得场景图像的被动改造成为可能，并且在全在几纳秒的光学方式。

模拟了不同的场景，以研究研究人员的光逆变器设计的性能。结果表明，光学逆变器具有通过MMF实现单发宽视场成像和超分辨率成像的潜力。此外，通过将光学记忆效应纳入其设计，光学逆变器可以动态适应穿透柔性光纤。

该项目的资深作者DavidPhillips博士说：“我们概念的主要优势在于，它可以在MMF的头发细丝的尖端进行任何形式的广角显微镜检查——它有可能被装入针中观察身体深处的场景。这包括强大的新成像技术，例如基于定位的超分辨率成像，以及其他新兴形式的并行超分辨率显微镜、结构照明显微镜和单物镜光片显微镜。”

“此外，在短距离MMF远端以外的任何距离进行单次宽视场成像也成为可能。”

未来，研究人员预测这项研究的其他应用。Phillips博士说：“我们在这里描述的光学反转策略有可能扩展到解读穿过其他物体的光，例如光子晶体波导、光子灯笼或生物组织。”

“最后，我们预计散射光的全光反转将在光学成像之外找到一系列应用：有利于高容量光通信的模分复用领域，以及量子密码学和经典和量子光学计算。我们是很高兴看到这项技术的发展方向。”