Geri Dön

Noise-tolerant wavefront shaping for focusing light through multimode fibers

Çok modlu fiberlerde ışık odaklama için gürültüye dayanıklı dalgacephesi şekillendirme

PDF İndir

  1. Tez No: 961256
  2. Yazar: AMNA AMMAR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN YILMAZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Dalga cephesi yöntemi, Dalga modülasyonu, Fiber optik, Hadamard dönüşümü, Lazer optik sistem, Çok modlu fiber, İşaret iletim teknikleri, Wavefront method, Wave modulation, Fiber optics, Hadamard transformation, Laser optic system, Multimode fiber, Signal transmission techniques
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Çok modlu optik fiberler (MMF'ler), yüksek çözünürlüklü görüntüleme, optik haberleşme ve güç iletimi gibi uygulamalarda benzersiz avantajlar sunar. Ancak, karmaşık mod yapıları nedeniyle ışığın bu fiberler içerisindeki yayılımını hassas biçimde öngörmek oldukça zordur. Bu tez, yalnızca faz kontrolüyle yapılan dalga cephe şekillendirme teknikleri kullanılarak MMF'ler üzerinden ışık odaklamada elde edilebilecek ışık şiddeti artırımının teorik üst sınırlarını, deneysel gürültüye karşı dayanıklı olacak şekilde araştırmaktadır. Bu tezde ilk olarak, mod yayılımını teorik olarak analiz ediyor ve giriş-çıkış alan ilişkilerini tanımlamak için iletim matrisi (TM) formalizmini temel alıyoruz. Ardından, sayısal optik faz konjügasyonu (DOPC) ve geri-beslemeye dayalı dalga cephe şekillendirme stratejilerini inceliyor, bu tekniklerin gerçekçi deneysel koşullar altındaki performans sınırlamalarına odaklanıyoruz. Bu tezin temel katkılarından biri, hem giriş katılım oranını hem de faz hata katsayısını içeren genelleştirilmiş bir ışık şiddeti artırım faktörü ifadesi sunmaktır. Artırımın, kullanılan giriş dalgalarının bazına ve deneysel gürültünün varlığına son derece duyarlı olduğunu gösteriyoruz. Ortak-yol interferometrik TM ölçümleri kullanarak, Hadamard tabanında çalışan Çift Referanslı Algoritma'nın (DRA), yaygın olarak kullanılan Adım Adım Sıralı Algoritma'ya (SSA) kıyasla daha yüksek performans sunduğunu ortaya koyuyoruz. Deneysel sonuçlarımız, Hadamard tabanlı dalga cephe şekillendirmenin daha güçlü gürültü dayanıklılığı sağladığını ve teorik üst sınıra yakın ışık şiddeti artırımları elde edilebildiğini doğrulamaktadır. Ayrıca, deneysel olarak ölçülmüş iletim matrislerini ayrıntılı şekilde analiz ederek, SLM üzerindeki segment boyutunun, optik fiber mod bağlaşım verimi ve odaklama performansını ciddi ölçüde etkilediğini gösteriyoruz. Son olarak, çok modlu fiberlerde (MMF'ler) odaklanmış ışığın radyal hafıza etkisini kodlayan ve geleneksel dönel bellek etkisinin ötesine geçen operatör tabanlı bir çerçeve sunuyoruz. Bu yaklaşım, girişteki SLM deseninin kontrollü kaydırılması yoluyla ışık huzmesinin taranmasına olanak tanıyarak, fiber optik görüntüleme ve ışın yönlendirme uygulamaları için yeni olanaklar açmaktadır. Genel olarak, bu tez, çok modlu fiberlerde dalga cephe şekillendirmeyi optimize etmek üzere kuramsal ve deneysel yaklaşımları birleştiren bütüncül bir çerçeve sunmaktadır. Sonuçlar, endoskopik görüntüleme, temiz ışınlı fiber amplifikasyonu ve programlanabilir fiber tabanlı optik sistemler gibi alanlarda doğrudan uygulamalara sahiptir.

Özet (Çeviri)

Multimode optical fibers (MMFs) offer unique advantages for high-resolution imaging, optical communication, and power delivery. However, their complex modal structure poses significant challenges for the precise prediction of light propagation. This thesis explores the upper bounds of intensity enhancement achievable in light focusing through multimode fibers (MMFs) using phase-only wavefront shaping techniques designed to be robust against noise. We begin with a theoretical analysis of modal propagation and introduce the transmission matrix (TM) formalism as a foundation for describing input-output field relationships in MMFs. We then explore digital optical phase conjugation (DOPC) and feedback-based wavefront shaping strategies, emphasizing their performance limitations under realistic experimental constraints. A central contribution of this thesis is the introduction of a generalized expression for the enhancement factor, incorporating both the input participation ratio and the phase error coefficient. We demonstrate that enhancement is strongly influenced by the choice of input basis and the presence of experimental noise. Using common-path interferometric transmission matrix (TM) measurements, we demonstrate that the Dual Reference Algorithm (DRA) implemented in the Hadamard basis outperforms the widely used Stepwise Sequential Algorithm (SSA) operating in the canonical (SLM pixel) basis. Our experimental results confirm that Hadamard-based wavefront shaping offers superior noise resilience, yielding intensity enhancement factors approaching the theoretical upper bound. We further conduct a detailed analysis of experimentally measured transmission matrices (TMs), revealing that the segment size on the SLM significantly influences modal coupling and focusing performance. Finally, we introduce an operator-based framework that encodes the radial memory effect for a focused beam, extending beyond the conventional rotational memory effect in multimode fibers (MMFs). This approach enables beam scanning via controlled shifts of the input SLM pattern, paving the way for advanced applications in fiber-optic imaging and beam steering. Overall, this thesis presents a unified framework that bridges theory and experiment to optimize wavefront shaping in multimode fibers (MMFs), with direct implications for endoscopic imaging, clean-beam fiber amplification, and programmable fiber-based optical systems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    68614

    Application of rule inductionalgorithms to DNA sequence analysis

    Tümevarımla kural öğrenme algoritmalarının DNA dizi analizinde kullanımı

    MAHMUT ULUDAĞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1997

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET R. TOLUN

  2. Tez No

    680426

    Fault tolerant control of a quadrotor helicopter

    Dört pervaneli helikopterin hata toleranslı kontrolü

    YARKIN HOCAOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mekatronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL

  3. Tez No

    990898

    Acoustic noise and vibration reduction on switched reluctance machines through hole placement in stator/rotor laminations

    Anahtarlamalı relüktans motorlarda stator ve rotora hava boşluklakları ekleyerek akustik gürültü ve titreşimin azaltılması

    DİDEM TEKGÜN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe Unıversıty Of Akron

    Elektrik ve Bilgisayar Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YILMAZ SÖZER

  4. Tez No

    633678

    Sensor fault tolerant control of a quadrotor uav

    Dört rotorlu insansız bir hava aracının sensör arızalarına toleranslı kontrolü

    MEHMET GÖKBERK PATAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN

  5. Tez No

    670363

    Gerilim sensör arızası durumunda kendinden uyartımlı asenkron generatör için hata toleranslı gürbüz kontrolör tasarımı

    Fault tolerant robust controller design for self-excited induction generator subject to voltage sensor fault

    HARİS ÇALGAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBalıkesir Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN DEMİRTAŞ

Geri Dön