Wavefront shaping optimization algorithms for focusing light through a multimode fiber
Işığı dalga önü şekillendirmesi ile çok modlu fiber içinde odaklanmasını sağlayan optimizasyon algoritmaları
- Tez No: 732763
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE YÜCE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dalga şekilleri, Elektromanyetik girişim, Fiber optik, Girişim, Lazer optik sistem, Optimizasyon, Waveforms, Electromagnetic interference, Fiber optics, Interference, Laser optic system, Optimization
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- Advanced optical imaging with scattering lenses
Saçılım mercekleri ile gelişmiş optik görüntüleme
HASAN YILMAZ
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiUnıversıty Of TwenteFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALLARD PIETER MOSK
- 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
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. EMRE YÜCE
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Farklı lif malzemelerinden oluşan çok katmanlı zırhların hesaplamalı balistik analizi
A computational study of ballistic response in multi-layer textile protection systems
LÜTFULLAH TAHA HALICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEHER EKEN
- Tekil kazıklara alternatif olarak kullanılan çoklu kazık gruplarının zemin ve malzeme parametresine bağlı olarak seçimi ve maliyet analizi
Single piles and their multi-pile group alternatives selection based on soil and material parameters and cost analysis
MEHMET YUSUF ERBİŞİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜMİT KARADOĞAN
- 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
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE YÜCE