Analýza limitů zobrazování multimodovými optickými vlákny
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Multimódová vlákna jsou zobrazovacím prostředkem s významným potenciálem v in-vivo mikroendoskopii. V poslední době tato metoda zaznamenala velký rozvoj, a to díky zdokonalování výpočetní a jiné techniky, například prostorové modulace světla. Cílem této práce bylo nalézt specifické limity zobrazování multimódovými vlákny a představit jejich počítačovou simulaci. Byl zkoumán vliv způsobu osvětlení optického systému obsahujícího multimódové vlákno na jeho schopnost fokusace a zobrazování. Analýzou dat získaných ze simulací a experimentu bylo zjištěno, že různá míra omezení Gaussovského svazku a plnění apertury multimódového vlákna má za následek významnou změnu zobrazovacích schopností systému. Při pozorování kvality fokusace bylo zjištěno, že nejlépe se projevují svazky málo omezené aperturou vlákna. Tento fakt byl potvrzen i experimentálním měřením. Zobrazování za použití svazků s podobnými hodnotami omezení (50%) projevovalo i nejlepší schopnost přenosu kontrastu. Avšak při analýze rozlišení dvou bodových objektů se jako nejvhodnější projevily svazky významně přeplňující numerickou aperturu vlákna, 100% a více. Přítomnost tohoto rozdílu poukazuje na skutečnost, že multimódové vlákno není zcela náhodné médium, ale propagace světla skrz multimódové vlákno projevuje znaky závislosti na vnějších zobrazovacích podmínkách, jako je například změna omezení osvětlovacího svazku. V této práci bylo představeno několik způsobů vyhodnocení kvality zobrazování pomocí multimódového vlákna. Každé z těchto kritérií podalo dílčí charakteristiku chování optického systému obsahujícího multimódové optické vlákno. Jednotlivé výsledky se neshodují na jednom konkrétním řešení a nutí osobu využívající zobrazovací systém obsahující multimódové vlákno ke zvážení několika aspektů, a to v jakém prostředí bude daný optický systém využívat a který parametr kvality zobrazení bude považovat za nejdůležitější.
Multimode fibers are the imaging tool of a significant potential in in-vivo microendoscopy. Recently, this method has seen a great development, thanks to the improvements in computational and other technologies, such as digital spatial light modulation. The aim of this work was to find specific limits of multimode fiber imaging and to present their computer simulation. The effect of illumination of the optical system containing the multimode fiber on its focussing and imaging capability was investigated. By analysing the data obtained from simulations and experiments, it has been found that the various levels of the Gaussian beam truncation by a projected multimode fiber numerical aperture results in a significant variance in the imaging capabilities of the system. Therefore, it seems that the multimode optical fibers are not a completely random medium. Observing the quality of the focusing, it was found that low truncated beams (beam-waist around 50% of the projected fiber numerical aperture), have the highest performance. This fact was verified by experimental measurements. Imaging using similarly truncated beams showed the best contrast transmission capability. However, when analysing the resolution of two pointlike objects, the beams with a significantly larger waist and a higher degree of truncation, of 100% or more, were most appropriate. The presence of this difference forces the person using the imaging system containing the multimode fiber to consider several aspects, in what environment the particular optical system will be used and which imaging quality indicator will be considered the most important.
Multimode fibers are the imaging tool of a significant potential in in-vivo microendoscopy. Recently, this method has seen a great development, thanks to the improvements in computational and other technologies, such as digital spatial light modulation. The aim of this work was to find specific limits of multimode fiber imaging and to present their computer simulation. The effect of illumination of the optical system containing the multimode fiber on its focussing and imaging capability was investigated. By analysing the data obtained from simulations and experiments, it has been found that the various levels of the Gaussian beam truncation by a projected multimode fiber numerical aperture results in a significant variance in the imaging capabilities of the system. Therefore, it seems that the multimode optical fibers are not a completely random medium. Observing the quality of the focusing, it was found that low truncated beams (beam-waist around 50% of the projected fiber numerical aperture), have the highest performance. This fact was verified by experimental measurements. Imaging using similarly truncated beams showed the best contrast transmission capability. However, when analysing the resolution of two pointlike objects, the beams with a significantly larger waist and a higher degree of truncation, of 100% or more, were most appropriate. The presence of this difference forces the person using the imaging system containing the multimode fiber to consider several aspects, in what environment the particular optical system will be used and which imaging quality indicator will be considered the most important.
Description
Keywords
multimódové optické vlákno, mikroendoskopie, zobrazování, přenos kontrastu, rozlišení, optika, fotonika, digitální prostorová modulace světla, náhodná média, multimode optical fiber, microendoscopy, imaging, modulation transfer function, resolution, optics, photonics, digital spatial light modulation, random media
Citation
ŠTOLZOVÁ, H. Analýza limitů zobrazování multimodovými optickými vlákny [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2018.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Přesná mechanika a optika
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2018-06-20
Defence
Můžete komentovat spektrální vlastnosti prvků optické soustavy?
Jaký význam mají prvky přenosové matice?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení