Цифровой анализ спекл картины хаотичной композиции мод и восстановление регулярного узора интенсивности после многомодового волокна

Цифровой анализ спекл картины хаотичной композиции мод и восстановление регулярного узора интенсивности после многомодового волокна

Автор: Воляр Александр Владимирович, Брецько Михаил Владимирович, Акимова Яна Евгеньевна, Егоров Юрий Александрович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.45, 2021 года.

Бесплатный доступ

Экспериментально и теоретически исследовался процесс согласования мод в хаотической спекл картине без опорного пучка, ответственного за формирование голографической решетки. Наш подход основывается на измерении амплитуд и фаз мод Эрмита-Гаусса и Лагерра-Гаусса в спекл картине, образованной излучением многомодового градиентного волокна. Cпекл картина формировалась на голограмме пространственного модулятора света, используя модель многомодового градиентного волокна с учетом модовой и поляризационной дисперсии, а также случайных скачков фазы каждой собственной моды. Нам удалось согласовать 210 мод спекл картины и восстановить не только исходный узор, то также каждую структурированную моду Лагерра-Гаусса и всю цепочку собственных мод Эрмита-Гаусса.

Еще

Оптические вихри, структурированный сингулярный пучок, спекл картина

Короткий адрес: https://sciup.org/140257374

IDR: 140257374   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-831

Список литературы Цифровой анализ спекл картины хаотичной композиции мод и восстановление регулярного узора интенсивности после многомодового волокна

  • Franson, M. Laser speckle and applications in optics / M. Franson. - London: Academic Press Inc., 1979. - 174 p.
  • Cizmar, T. In situ wavefront correction and its application to micromanipulation / T. Cizmar, M. Mazilu, K. Dholakia // Nature Photonics. - 2010. - Vol. 4. - P. 388-394.
  • Ploschner, M. Seeing through chaos in multimode fibres / M. Ploschner, T. Tyc, T. Cizmar // Nature Photonics. -2015. - Vol. 9. - P. 529-535.
  • Kirilenko, M.S. Simulation of optical signals propagation in a random media / M.S. Kirilenko, S.N. Khonina // Proceeding International Conference Information Technology and Nanotechnology. - 2016. - Vol. 1638. - P. 55-65. -DOI: 10.18287/1613-0073-2016-1638-55-65.
  • Yeh, Ch. Handbook of fiber optics: theory and applications / Ch. Yeh. - London: Academic Press Inc., 1990. - 382 p.
  • Kumar, A. Polarization of light with applications in optical fiber / A. Kumar, A. Chatak. - Washington: SPIE Press, 2011. - 246 p.
  • Abdullaev, S.S. The speckle structure of an optical field in multimode waveguides / S.S. Abdultev, G.M Zaslavskii // Kvanto-vaya Elektronika. - 1987. - Vol. 14, Issue 7. - P. 1475-1484.
  • Boonzajer Flaes, D.E. Robustness of light-transport processes to bending deformations in graded-index multimode waveguides / D.E. Boonzajer Flaes, J. Stopka, S. Turtaev, J.F. de Boer, T. Tyc, T. Cizmar // Physical Review Letters. - 2018. - Vol. 120. - 233901.
  • Shemirani, M.B. Principal modes in graded-index multimode fiber in presence of spatial-and polarization-mode coupling / M.B. Shemirani, W. Mao, R.A. Panicker, J.M. Kahn // Journal of Lightwave Technology. - 2009. -Vol. 27, Issue 10. - P. 1248-1261.
  • Cizmar, T. Exploiting multimode waveguides for pure fiber-based imaging / T. Cizmar, K. Dholakia // Nature Communication. - 2012. - Vol. 3. - 1027.
  • Leonardo, D. Hologram transmission through multi-mode optical fibers / D. Leonardo, S. Bianchi // Optics Express. -2011. - Vol. 19. - P. 247-254.
  • Papadopoulos, IN. Focusing and scanning light through a multimode optical fiber using digital phase conjugation // I.N. Papadopoulos, S. Farahi, C. Moser, D. Psaltis // Optics Express. - 2012. - Vol. 20. - P. 10583-10590.
  • Carpenter, J. 110x110 optical mode transfer matrix inversion / J. Carpenter, B.J. Eggleton, J. Schröder // Optics Express. - 2014. - Vol. 22. - P. 96-101.
  • Ploschner, M. Seeing through chaos in multimode fibres. Supplementary information [Electronical Resource] / M. Ploschner, T. Tyc, T. Cizmar // Nature Photonics. -2015. - Vol. 9. - P. 529-535. - URL: https://www.nature.com/articles/nphoton.2015.112.
  • Czarske, J.W. Transmission of independent signals through a multimode fiber using digital optical phase conjugation / W. Czarske, D. Haufe, N. Koukourakis, L. Büttner // Optics Express. - 2016. - Vol. 24, Issue 13. - P. 15128- 15136.
  • Ma, Ch. Structured light beams created through a multimode fiber via virtual Fourier filtering based on digital optical phase conjugation / Chaojie Ma, Jianglei Di, Jiazhen Dou, Peng Li, Fajun Xiao, Kaihui Liu, Xuedong Bai, Jianlin Zhao // Applied Optics. - 2020. - Vol. 59, Issue 3. - P. 701-705.
  • Mounaix, M. Time reversal of optical waves / M. Mounaix, N.K. Fontaine, D.T. Neilson, J. Carpenter // Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS: Conference Papers. -2019. - FTu6B.5.
  • Büttner, L. Velocity measurements with structured light transmitted through a multimode optical fiber using digital optical phase conjugation / L. Büttner, M. Thümmler, J. Czarske // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 6. - P. 8064-8075.
  • Yariv, A. Three-dimensional pictorial transmission in optical fibers / A. Yariv // Applied Physics Letters. - 1976. -Vol. 28, Issue 2. - P. 88-89.
  • McMichael, I. Correction of polarization and modal scrambling in multimode fibers by phase conjugation / I. McMichael, P. Yeh, P. Beckwith // Optics Letters. - 1987. - Vol. 12, Issue 7. - P. 507-509.
  • Kukhtarev, M.V. Polarized phase conjugation and some principles of parallel information transmission by a fiber/crystal system / M.V. Kukhtarev, A.V. Volyar, A.V. Gnatovsky // Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials. - 1993. - Vol. 2, Issue 3. - P. 447-464.
  • Khonina, S.N. Propagation of laser vortex beams in a parabolic optical fiber / S.N. Khonina, A.S. Striletz, A.A. Kovalev, V.V. Kotlyar // Proceedings of SPIE. - 2010. - Vol. 7523. - 75230B (12 p.). - DOI: 10.1117/12.854883.
  • Кириленко, М.С. Вычисление собственных функций ограниченного дробного преобразования Фурье / М.С. Кириленко, Р.О. Зубцов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, № 3. - С. 332-338. - DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-3-332-338.
  • Khonina, S.N. Optical vortices in a fiber: Mode division multiplexing and multimode self-imaging / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer. - In: Recent progress in optical fiber research / ed. by M. Yasin, S.W. Harun, H. Arof. -Rijeka: InTech, 2012. - P. 327-352. - DOI: 10.5772/28067.
  • Fontaine, N.K Laguerre-Gaussian mode sorter / N.K. Fontaine, R. Ryf, H. Chen, D.T. Neilson, K. Kim, J. Carpenter // Nature Communications. - 2019. - Vol. 10. - P. 1865.
  • Zhu, Z. Single-shot direct tomography of the complete transverse amplitude, phase and polarization structure of a light field / Z. Zhu, D. Hay, Y. Zhou, A. Fyffe, B. Kantor, G.S. Agarwal, R.W. Boyd, Z. Shi // Physical Review Applied. - 2019. - Vol. 12. - 034036.
  • Zhu, Z. Single-shot direct tomography of the complete transverse amplitude, phase and polarization structure of a light field: Supplemental material [Electronical Resource] / Z. Zhu, D. Hay, Y. Zhou, A. Fyffe, B. Kantor, G.S. Agarwal, R.W. Boyd, Z. Shi // Phys. Rev. Applied. - 2019. - Vol. 12. -034036. - URL: https://journals.aps.org/prapplied/ supplemental/10. 1103/PhysRevApplied. 12.034036.
  • Volyar, A.V. Measurement of the vortex spectrum in a vortex beam array without cuts and gluing of the wavefront / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 22. - P. 5635-5638.
  • Volyar, A.V. Measurement of the vortex and orbital angular momentum spectra with a single cylindrical lens / A. Volyar, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Applied Optics. - 2019. - Vol. 58, Issue 21. - P. 5748-5755.
  • Volyar, A. Fine structure of perturbed Laguerre-Gaussian beams: Hermite-Gaussian mode spectra and topological charge / A. Volyar, E. Abramochkin, M. Bretsko, Ya. Akimova, Yu. Egorov // Applied Optics. - 2020. -Vol. 59, Issue 25. - P. 7680-7687.
  • Kotlyar, V.V. Propagation of hypergeometric laser beams in a medium with the parabolic refractive index / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Journal of Optics. - 2013. - Vol. 15, Issue 12. - 125706. - DOI: 10.1088/2040-8978/15/12/125706.
  • Snyder, A.W. Optical waveguide theory / A.W. Snyder, J.D. Love. - London: Chapman and Hall Ltd., 1983. - 746 p.
  • Marcuse, D. Losses and impulse response of a parabolic index fiber with random bends / D. Marcuse // The Bell System Technical Journal. - 1973. - Vol. 52, Issue 8. - P. 1423-1437.
  • Абрамочкин, Е.Г. Спиральные пучки света / E.Г. Абрамочкин, В.Г. Волостников // Успехи физических наук. - 2004. - Т. 174, № 12. - С. 1273-1300.
  • Shen, Y. Hybrid topological evolution of multi-singularity vortex beams: generalized nature for helical-Ince-Gaussian and Hermite-Laguerre-Gaussian modes / Y. Shen, Y. Meng, X. Fu, M. Gong // Journal of the Optical Society of America A. - 2019. - Vol. 36, Issue 4. - P. 578-587.
  • Воляр, A.B. Оптические вихри в маломодовых волокнах. II. Спин-орбитальное взаимодействие / AB. Воляр, B.З. Жилайтис, В.Г. Шведов // Оптика и шектроскопия. - 1998. - Т. 86, № 4. - Р. 664-670.
  • Alexeyev, C.N. Transformations of optical vortices in elliptical and anisotropic fibers / C.N. Alexeyev, A.V. Volyar, M.A. Yavorsky // Journal of Optics: Pure and Applied Optics. - 2007. - Vol. 9, Issue 4. - P. 387-394.
  • Ahmad, R. Polarization-maintaining, large-effective-area, higher-order-mode fiber / R. Ahmad, M.F. Yan, J.W. Nicholson, K.S. Abedin, P.S. Westbrook, C. Headley, P.W. Wisk, E.M. Monberg, D.J. DiGiovanni // Optics Letters. - 2017. - Vol. 42, Issue 13. - P. 2591-2594.
  • Eftimov, T.A. Analysis of the polarization behavior of hybrid modes in highly birefringent fibers / T.A. Eftimov, W.J. Bock // Journal of Lightwave Technology. - 1998. -Vol. 16, Issue 6. - P. 998-1005.
  • Ярив, А. Оптические волны в кристалле / А. Ярив, П. Юх. - Москва: Мир, 1987. - 616 c.
  • Wolinski, T.R. I Polarimetric optical fibers and sensors / T.R. Wolinski // Progress in Optics. - 2000. - Vol. 40. - P. 1-75.
  • Varnham, M.P. Fundamental limits to the transmission of linearly polarized light by birefringent optical fibers / M.P. Varnham, D.N. Payne, J.D. Love // Electronic Letters. - 1984. - Vol. 22, Issue 1. - P. 55-56.
  • Goodman, J.W. Statistical optics / J.W. Goodman. - New York: John Wiley and Sons Publication, 2000. - 544 p.
  • Khonina, S.N. Measuring the light field orbital angular momentum using DOE / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, P. Paakkonen, J. Turunen // Optical Memory and Neural Networks. - 2001. - Vol. 10, No. 4. - P. 241-255.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp