通过理想的MMF看东西。从左到右，每一行的面板显示了要成像的场/物体/场景的数值模拟（最左边的面板）；使用完美的MMF反演形成的图像，即包括由于光纤的有限模态容量而产生的空间过滤效应，但不包括我们的反演器中存在的任何模态耦合效应；近端光纤面的场；校正器平面的场；我们基于MPLC的反演器输出的重组图像。成像，（a）远端光纤面的空间相干斑点图案（白圈表示半径为40的芯包层边界。 3 μm）；（b）远端纤维面的不连贯物体--暗示着一片汇合的细胞；（c）离远端纤维面1 mm处的不连贯物体失焦，其中白虚线所示的视野已经扩大到半径为100.8 μm；（d）远端面的远场场景（这里白虚线代表纤维NA）。信用：智能计算（2022）。doi: 10.34133/2022/9816026

多模光纤（MMFs）是在光导应用中无处不在的细长玻璃丝。它们的发展与世界范围内信息快速传输的巨大增长相辅相成。

MMFs的微小足迹也使它们成为下一代微内窥镜的有趣候选者，可以将光学显微镜深入到体内。然而，MMFs的实际信息容量受到模态色散的限制--一种扰乱通过MMFs传播的空间信息的机制。

因此，通过MMFs直接传输图像是非常具有挑战性的：投射到一端的图像在光线到达另一端时已经被扰乱，无法辨认。过去十年的开创性研究表明，由MMF引起的光扰乱是如何被测量和消除的。现在，来自埃克塞特大学和莱布尼茨光子技术研究所的一个研究小组在这个想法的基础上，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。

"迄今为止所展示的大多数成像技术都依赖于光栅扫描或顺序模式投影，本质上意味着光是一次一个空间模式的解扰。" 主要作者Unė Būtaitė博士说。

"这目前排除了通过MMF提供广域成像技术的可能性。例如，目前没有办法在MMF的顶端进行宽视场超分辨率成像--这将是一种非常理想的方式，可以更深入地了解体内的生物过程。"

为了克服这个问题，研究人员提出并设计了一种无源光学装置，被称为光逆变器。Būtaitė博士解释说："我们的逆变器可以被理解为一种定制的散射介质，被设计为对MMF的补充，以便消除其光学效应"。

从场景中发出的光通过MMF传播后，空间信息被扰乱，但光逆变器以与光纤完全相反的方式扰乱光线，使其有可能在几纳秒内以全光方式被动地重建场景的图像。

对不同的场景进行了模拟，以研究研究人员的光逆变器设计的性能。结果显示，光学变频器有可能通过MMF实现单次宽场成像和超分辨率成像。此外，通过在其设计中加入光记忆效应，光逆变器可以动态地适应通过柔性纤维进行观察。

该项目的资深作者大卫-菲利普斯博士说："我们的概念的关键优势是，它使任何形式的宽视场显微镜在一根头发丝般细的MMF的尖端成为可能--它有可能被装入针头，以观察身体深处的场景。这包括强大的新成像技术，如基于定位的超分辨率成像，以及其他新兴形式的并行化超分辨率显微镜、结构化照明显微镜和单目标光片显微镜。"

"此外，在短长度的MMF远端以外的任何距离进行单次广域成像也成为可能。"

在未来，研究人员预测这项研究的其他应用。菲利普斯博士说："我们在这里描述的光学反转策略有可能被扩展到解读通过其他物体的光，如光子晶体波导、光子灯或生物组织。"

"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的应用：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及量子光学计算。我们很高兴看到这项技术的发展方向"。

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