Optisk fiber, som grundbäraren för modern kommunikation med hög hastighet och hög kapacitet, är nyckeln till världens sammankoppling. Med den snabba utvecklingen av kommunikationsindustrin under de senaste decennierna kan vanlig enkelmodig optisk fiber inte längre möta de speciella behoven hos olika industriella applikationer, så en serie optiska fibrer med komplexa interna strukturer, såsom polarisationsupprätthållande fibrer, multi- kärnfibrer och fotoniska kristallfibrer och andra optiska specialfibrer som kom till på det civila och militära området är oumbärliga.
Mångfalden av dessa specialfibrer och deras komplexa interna strukturer har begränsat deras tillverkningsövervakning, fiberskarvning och mikro-nanobearbetning i viss utsträckning. Befintliga metoder som end-view-inspektion, digital holografi, optisk tomografi, polarisationsobservation genom linseffektspårning och Gaussisk spridningsbild har specifika problem som inte uppfyller de nuvarande behoven.
I en ny artikel publicerad i Light:Advanced Manufacturing , ett team av forskare, ledda av professor Fei Xu från College of Engineering and Applied Sciences och Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Kina, och medarbetare har utvecklat en metod för att använda Bessel-stråle (ett strukturerat ljus) som en belysningsljuskälla, och sända från sidan av en sjukärnig fiber för att utföra avbildning (visas i figur 1).
Fördelarna med Bessel-strålebelysning gentemot traditionella metoder verifieras av den digitala korrelationsmetoden, och samtidigt, i kombination med djupinlärningsmetoden, realiseras en högprecisionsmätning av den interna strukturen hos den optiska fibern med sju kärnor.
Simuleringsstudier visar att den självläkande egenskapen hos Bessel-strålen, som ett icke-diffraktionsstrukturerat ljus, ger ett långt fokusdjup i spridningsmediet, vilket resulterar i mindre spridning, skarpare fiberkärnmönster och högre bildkontrast i Bessel-strålen. -baserad belysningsavbildning. Dessutom ger Bessel-strålar en unik effekt vid överföring av ett objekt utanför axeln med ett internt transparent medium med ett varierande brytningsindex (som visas i figur 2), vilket ger två brytningsbanor med olika böjkurvaturer.
Baserat på ovanstående två funktioner, jämfört med Gaussisk strålbelysning, kunde bilder från Bessel-strålebelysning se fler fiberkärnor vid avbildning av specialfibrer med olika rotationsvinklar (visas i figur 3). Som verifierats av den digitala korrelationsmetoden är bildförändringen baserad på Bessel-strålen mycket snabbare än den för Gaussisk stråle, och mätprecisionen är högre.
I detta dokument förbättrades mätningarnas precision ytterligare genom att använda djupinlärning. Modellen för djupinlärning bearbetar den tagna bilden och matar direkt ut den förutsagda fiberrotationsvinkeln. Dessutom samlade forskarna också in bilder av fibrer som skilde sig från fibern som användes för att upprätta träningsdatabasen, och matade in dem till den tränade djupinlärningsmodellen, vars förutsägelseresultat också uppnådde god precision och noggrannhet, vilket indikerar att metoden för djupinlärning har en stark generaliseringsförmåga och god robusthet i praktiska tillämpningar.
Resultaten visar att den Bessel-strålebaserade metoden har stor potential för att utveckla applikationer för exakta och oförstörande mätningar av kärnfördelningar i flerkärniga fibrer och fotoniska kristallfibrer.
Mer information: Liuwei Zhan et al, Bessel-strålebaserad sidomätning av sju-kärniga fibers interna kärnfördelning, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2024.002
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
