基于集成光子学的多模光纤聚焦技术

《ACS Photonics》：Integrated Photonics-Based Focusing through Multimode Fibers

突破性内窥镜成像技术基于多模式光纤，通过光子集成电路调控波前，实现2.3μm亚衍射极限聚焦与93%理论功率比，支持二维焦斑偏转和体成像，氮化硅平台可规模化制造。

　　

基于多模光纤的新兴技术正在为内窥镜成像分辨率带来突破，并显著降低其侵入性。这些成像技术通过控制照明波前，利用直径约为100微米的细多模光纤传输衍射极限下的图像。通过在光纤输入端控制波前，可以在光纤末端逐点扫描形成图像。然而，目前常用的空间光调制器仍有改进空间：基于液晶的光调制器调制速度较低（低于千赫兹），而数字微镜装置则需要复杂的光学系统来实现所需的相位调制。我们提出了一种新的方法，利用光子集成电路来调制波前，从而提高调制速率并简化光学系统结构。通过使用一个具有128个天线的光学相位阵列（工作波长为852纳米），我们成功实现了在渐变折射率多模光纤中的聚焦。实验得到的光斑尺寸低至2.3微米，接近衍射极限，平均聚焦功率达到了理论最大值的93%。此外，我们还展示了在光纤远端进行二维聚焦扫描的能力。通过在不同平面内聚焦，我们证明了光学相位阵列（OPA）可以实现多模光纤中的体积成像。最后，我们的设备是在氮化硅平台上制造的，为大规模生产提供了可能性。