A fibra óptica, como portador básico da comunicação moderna de alta velocidade e alta capacidade, é a chave para a interconexão do mundo. Com o rápido desenvolvimento da indústria de comunicações nas últimas décadas, a fibra óptica monomodo comum não pode mais atender às necessidades especiais de diversas aplicações industriais, portanto, uma série de fibras ópticas com estruturas internas complexas, como fibras de manutenção de polarização, multi- fibras de núcleo e fibras de cristal fotônico e outras fibras ópticas especiais que surgiram nos campos civil e militar são indispensáveis.



A variedade dessas fibras especiais e suas estruturas internas complexas limitaram até certo ponto o monitoramento de fabricação, a emenda de fibras e o processamento micro-nano. Os métodos existentes, como inspeção de visão final, holografia digital, tomografia óptica, observação de polarização por rastreamento de efeito de lente e imagens de espalhamento gaussiano, apresentam problemas específicos que não atendem às necessidades atuais.

Em um novo artigo publicado em Light:Advanced Manufacturing , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Fei Xu da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas e Centro de Inovação Colaborativa de Microestruturas Avançadas, Universidade de Nanjing, China, e colegas de trabalho desenvolveram um método para usar o feixe de Bessel (uma luz estruturada) como um fonte de luz de iluminação e transmitir a partir do lado de uma fibra de sete núcleos para realizar imagens (mostrado na Figura 1).

As vantagens da iluminação por feixe de Bessel sobre os métodos tradicionais são verificadas pelo método de correlação digital e, ao mesmo tempo, combinada com o método de aprendizagem profunda, é realizada uma medição de alta precisão da estrutura interna da fibra óptica de sete núcleos.

Estudos de simulação mostram que a propriedade de autocura do feixe de Bessel, como uma luz estruturada sem difração, fornece uma longa profundidade de foco no meio de dispersão, resultando em menos dispersão, padrões de núcleo de fibra mais nítidos e maior contraste de imagem no feixe de Bessel imagens de iluminação baseadas em imagens. Além disso, os feixes de Bessel fornecem um efeito único ao transmitir um objeto fora do eixo com um meio transparente interno com um índice de refração variável (como mostrado na Figura 2), que produz dois caminhos de refração com diferentes curvaturas de flexão.

Com base nas duas características acima, em comparação com a iluminação por feixe gaussiano, as imagens da iluminação por feixe de Bessel poderiam ver mais núcleos de fibra ao gerar imagens de fibras especiais com diferentes ângulos de rotação (mostrados na Figura 3). Conforme verificado pelo método de correlação digital, a mudança de imagem baseada no feixe de Bessel é muito mais rápida que a do feixe gaussiano e a precisão da medição é maior.

Neste artigo, a precisão das medições foi melhorada ainda mais com o uso de aprendizado profundo. O modelo de aprendizagem profunda processa a imagem capturada e gera diretamente o ângulo de rotação previsto da fibra. Além disso, os pesquisadores também coletaram imagens de fibras diferentes daquelas da fibra utilizada no estabelecimento do banco de dados de treinamento, e as inseriram no modelo de aprendizado profundo treinado, cujos resultados de previsão também alcançaram boa precisão e exatidão, indicando que o método de aprendizado profundo tem uma forte capacidade de generalização e boa robustez em aplicações práticas.

Os resultados mostram que a abordagem baseada em feixe de Bessel tem grande potencial para o desenvolvimento de aplicações para medições precisas e não destrutivas de distribuições de núcleo em fibras multicore e fibras de cristal fotônico.

Mais informações: Liuwei Zhan et al, medição de visão lateral baseada em feixe de Bessel da distribuição interna do núcleo de fibra de sete núcleos, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2024.002
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências