Geri Dön

Wavefront shaping optimization algorithms for focusing light through a multimode fiber

Işığı dalga önü şekillendirmesi ile çok modlu fiber içinde odaklanmasını sağlayan optimizasyon algoritmaları

  1. Tez No: 732763
  2. Yazar: MEHMET TABAK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE YÜCE
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 86

Özet

Optik fiberler, optik sinyalleri yönlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok modlu fiberler, tek modlu muadillerine kıyasla daha büyük bir bant genişliği sunar. Çok modlu bir fiberin sonundaki yoğunluk, moddan moda bağlama ve çok modlu girişimden etkilenebilir. Bu, sinyal verimini azaltabilir. Bununla birlikte, fiberin sonundaki toplam yoğunluk, giriş dalga cephesini şekillendirerek ve artan sinyal seviyeleri sağlayarak modüle edilebilir. Çalışmamızda, fiber optik içerisinde ışığı odaklamanın dalga cephesi şekillendirme ile mümkün olduğunu gösterdik. Medyanın içindeki ışığı belirli bir konuma odaklayan benzersiz bir dalga cephesi vardır. Işık ortam içinde hareket ederken ışığın dalgasını dinamik olarak uzaysal ışık modülatörü ile ayarlanmaktadır. Bu tezde, ışığı saçan bir nesne aracılığıyla odaklayan dalga cephesi şekillendirme için optimizasyon algoritmalarını deneysel olarak değerlendiriyor ve geliştiriyoruz. Bu algoritmalar, sürekli sıralı (C), kademeli sıralı (S), segmentli (SE), Monte-Carlo sürekli hibrit (MCC), kademeli sürekli hibrit (SC) ve segmentli sürekli hibrit (SEC) olarak isimlendirilmektedir. Bu algoritmaları hızlarına, fiberin içinde seçilen bölgesel ışık artış miktarı ve fiberdeki total ışık miktarındaki artışa göre performanslarını analiz ediyor ve karşılaştırıyoruz. Sürekli algoritma seçilen noktada odaklanmayı en hızlı gerçekleştirilen algoritma oldu, en yavaş algoritma olarak hibrit Monte-Carlo sürekli olmuştur ve sürekli algoritmaya göre yaklaşık %46 daha yavaş ışığı istenilen noktaya odaklamıştır. Hızların algoritmalara arası sıralaması şu şekilde ölçülmüştür: Sürekli sıralı, segmenti, kademeli sıralı, hibrit kademeli sürekli, hibrit segmentli sürekli ve hibrit Monte-Carlo sürekli. Hibrit Monte-Carlo sürekli algoritmasında diğerlerinden çok daha önce odak oluşumu gözlemlenmiştir. Algoritma başladıktan sonra 357. saniyede seçilen hedef noktasında ışık artış miktarı ilk ışık miktarının yaklaşık 150 katına çıkmıştır. Aynı süre zarfında diğer hiçbir algoritmada herhangi bir değişiklik gözlenlenmemiştir. Bölgesel bölgedeki artış miktarında, sürekli sıralı algoritması kademeli sıralı algoritmaya göre %1,1 ve segmentli algoritmaya göre %2.9 daha iyi performans göstermiştir. Toplam ışık miktarındaki artış miktarında ise hibrit kademeli sürekli algoritma başlangıç değerinin yaklaşık 5.82 katına artırmıştır. Diğer algoritmaların performansı: sürekli sıralı 5.80, kademeli sıralı 5.61, segmentli 5.47, hibrit segmentli sürekli 4.97, hibrit Monte-Carlo sürekli 4.90 olarak gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Optical fibers are widely used to guide optical signals. Multi-mode fibers offer a greater bandwidth when compared to single-mode counterparts. The intensity at the end of a multi-mode fiber can be affected by mode-to-mode coupling and multi-mode interference. This can reduce the signal throughput. However, the total intensity at the end of the fiber can be modulated by shaping the input wavefront and providing increased signal levels. In our study, we show that focusing light inside the optical fiber is possible by wavefront shaping. There is a unique wavefront that focuses light inside the media at a given location. While the light moves in the particles, we adjust the wavefront dynamically using the spatial light modulator. Here, we experimentally evaluate and develop optimization algorithms for wavefront shaping that focuses light through a multi-mode fiber. These algoritmhs are continuous sequential (C), stepwise sequential (S), segmented (SE), hybrid Monte-Carlo continuous (MCC), hybrid stepwise continuous (SC) and hybrid segmented continuous (SEC). We analyze and compare these algorithms according to their performance: speed, regional enhancement, total enhancement. The continuous algorithm has reached to focus faster than others, the MCC algorithm is slowest with 46% lower than the C algorithm. The ranking of speed is C, SE, S, SC, SEC, MCC, in order. However, focus formation is much faster using the H-MCC algorithm. There is focus formation with enhancement 150 times than the initial value at 357 seconds for MCC. The focus is seen clearly at the target point. For regional enhancement, the C algorithms have higher performance than the stepwise with 1.1% and segmented 2.9%. For the total enhancement, the SC algorithm has increased the total transmisson 5.82 times than initial value. The ranking of total enhancement is follow: the C algorithm: 5.80, the S: 5.61, the SE: 5.47, the SEC: 4.97, MCC: 4.90.

Benzer Tezler

  1. Spectral and spatial control of broadband light using wavefront shaping

    Dalga önü şekillendirme ile geniş bant ışığın spektral ve uzaysal kontrolü

    ALİM YOLALMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE YÜCE

    DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ

  2. Wavefront shaping assisted design and application of effective diffractive optical elements providing spectral splitting and solar concentration: Splicons

    Spektral bölme ve güneş ışığı konsantrasyonu sağlayan etkili kırınım optik elemanların dalgaönü şekillendirme destekli tasarımı ve uygulaması: Spliconlar

    BERK NEZİR GÜN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE YÜCE

  3. Enhancing performance of solar cells via wavefront shaping

    Dalgaönü şekillendirme ile güneş hücrelerinin performansını artırma

    SENA ATİLA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE YÜCE

  4. Broadband spectral splitting of light using wavefront shaping

    Dalga önü şekillendirmesi ile geniş bant spektral ayrıştırma

    YALIN BAŞAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE YÜCE

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ

  5. Controlling light inside a multi-mode fiber by wavefront shaping

    Dalga önü şekillendirmesi ile çok modlu fiberde ışık kontrolü

    HALİL İBRAHİM BİNİCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. EMRE YÜCE

    YRD. DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN