Multimode Fiber Imaging Based on Hydrogel Fiber
该研究展示了一种基于水凝胶光纤的多模光纤成像技术，利用Pix2Pix图像生成网络成功恢复高分辨率手写图像，水凝胶光纤的生物相容性和环境友好性使其适用于生物医学应用。
2025-08-20 physics.optics
Polarized hyperspectral imaging with single fiber bundle via incoherent light transmission matrix approach
多光谱非相干光的散射是自然场景中常见且不利的信号置乱。然而，由于散射而模糊的光斑仍然保留了许多有待探索的信息。以前的方法无法从散射的非相干光中恢复偏振的高光谱信息，或者依赖于附加的色散元件。在这里，我们通过实验校准或数字仿真的方式推测未知的传输矩阵（TM），提出了非相干照明下扩展物体的传输矩阵（TM）方法。采用光纤束作为强大的成像和色散元件，我们恢复的空间信息在252偏振光谱通道从一个单一的散斑，从而实现单次拍摄，高分辨率，宽带高光谱成像的两个偏振态的廉价，紧凑，光纤束只有系统。基于散射原理本身，我们的方法不仅大大提高了TM方法检索输入光谱信息的鲁棒性，而且还揭示了仅借助简单的光学设置从模糊散斑中探索偏振空间光谱信息的可行性。
2021-01-11 eess.IV physics.optics
Learned end-to-end high-resolution lensless fiber imaging toward intraoperative real-time cancer diagnosis
显微内镜是临床实践中不可缺少的微创诊断。对于手术干预的光学锁孔监测，高分辨率光纤内窥镜成像被认为是非常有前途的，特别是与无标记成像技术相结合以实现体内诊断。然而，相干纤维束（CFB）固有的蜂窝状伪影降低了分辨率，限制了临床应用。我们提出了一种端到端的无透镜光纤成像方案，用于术中实时癌症诊断。该框架包括分辨率增强和分类网络，其使用单次激发纤维束图像来提供高分辨率图像和肿瘤诊断结果。经过良好训练的分辨率增强网络不仅可以恢复超出CFB物理限制的高分辨率特征，而且有助于提高肿瘤识别率。特别是对于胶质母细胞瘤，分辨率增强网络有助于将分类准确率从90.8%提高到95.6%。该新技术可以通过无透镜光纤内窥镜实现组织学实时成像，并有望用于临床快速微创术中诊断。
2022-02-28 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Wavefront shaping and imaging through a multimode hollow-core fiber
本文提出用多模空芯光纤替代传统石英光纤，以解决低数值孔径和实芯自荧光、拉曼背景干扰问题，并实验验证了可调高NA波前整形、光栅扫描与散斑压缩成像。
2024-07-08 physics.optics
Robust real-time imaging through flexible multimode fibers
针对柔性多模光纤弯曲导致散斑变化、图像难以恢复的问题，提出无需远端反馈的VAE实时成像系统，实现训练外弯曲配置下的图像重建与分类。
2023-07-12 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Quantitative phase imaging via a multimode fiber
本文提出并实验验证了一种基于多模光纤的非干涉、非迭代方法，实现高速高分辨率的无标记定量相位成像，为微创生命科学和生物成像应用开辟了新途径。
2024-07-05 physics.optics
Scanning-free imaging through a single fiber by random spatio-spectral encoding
我们提出了一种通过单个单模或多模光纤进行二维（2D）成像的方法，而不需要扫描仪。放置在光纤远端附近的随机散射介质用于对来自每个成像像素的收集光进行编码，并具有不同的随机光谱特征。然后，由白光源照明的2D物体从光纤近端的单个测量光谱成像。该技术对光纤弯曲不敏感，这是内窥镜应用的一个优势。
2014-11-03 physics.optics
Nonlinear imaging through a golden spiral multicore fiber
我们报告了一种新型的金色螺旋多芯光纤的双光子无透镜成像。这种独特的布局优化了旁瓣电平、视场、串扰、群延迟和模式密度，实现了至少10.9 dB的旁瓣对比度。我们通过实验证明了用飞秒脉冲产生和扫描焦点并进行双光子成像的能力。
2018-06-05 physics.optics
Confocal 3D reflectance imaging through multimode fibers without wavefront shaping
通过光学多模光纤（MMF）成像有可能使头发丝薄的内窥镜，减少组织和器官深处成像的侵入性。目前的方法主要需要主动波前整形和荧光标记，这限制了它们在临床前应用中的使用，并阻碍了成像速度。在这里，我们提出了一种计算方法来重建深度选通共焦图像使用光栅扫描，聚焦输入照明。我们证明了这种方法与定量相位，暗场和偏振成像的兼容性。通过MMF的计算成像为医学诊断和生物研究中的微创成像开辟了新途径。
2021-09-03 physics.optics
Fiber Endoscopy Using Synthetic Wavelengths for 3D tissue imaging
本文提出将合成波长成像与光纤内窥镜结合，无需透镜且抗相位扰乱，实现了对散射层后约750微米特征的三维成像，为医学应用拓展了能力。
2025-01-26 physics.optics
Increasing the imaging capabilities of multimode fibers by exploiting the properties of highly scattering media
我们提出了一种新的设计，利用散射介质的聚焦特性，以增加基于多模光纤的成像设备的分辨率和工作距离。将高散射介质放置在多模光纤的远侧尖端的前面使得能够在远离光纤尖端的增加的工作距离处形成较小尺寸的焦点。我们进行的工作距离和光纤和散射介质之间的分离对焦点尺寸的影响的参数研究。实验证明，在532nm波长下，亚微米级的聚焦光斑最远可达800μm。
2013-06-06 physics.optics
Speckle-based 3D sub-diffraction imaging through a multimode fiber
本文提出基于散斑照明和桶探测的单次二维扫描方法，实现多模光纤快速亚衍射三维成像，轴向分辨率较衍射极限提升3倍，为超薄超分辨内窥镜赋予深度分辨能力。
2024-07-16 physics.optics
Snapshot fiber spectral imaging using speckle correlations and compressive sensing
快拍光谱成像在遥感应用中正迅速引起人们的兴趣。在一个图像内获取空间和光谱数据促进了快速测量时间，并减少了对稳定扫描成像系统的需求。目前的许多快照技术依赖于光栅或棱镜来表征波长信息，难以减小便携式高光谱成像的尺寸。在这里，我们表明，多芯多模光纤可以用作一个紧凑的光谱成像仪与亚纳米分辨率，通过编码的光谱信息内的单色CMOS相机。我们表征波长相关的散斑图案高达3000光纤芯在一个广泛的波长范围。聚类算法结合l $_{1}$ -最小化来限制在采集阶段的数据收集，用于重建在波长域中稀疏的光谱图像。我们还表明，在非压缩制度，这些技术能够准确地重建宽带信息。
2018-10-24 eess.IV physics.ins-det physics.optics
Two-photon imaging through a multimode fiber
在这项工作中，我们演示了3D成像，通过一个20厘米长的多模光纤（MMF）的直径为350微米的双光子激发。成像原理类似于通过MMF的单光子荧光，不同之处在于聚焦的飞秒脉冲被递送并扫描样品。在我们的方法中，通过光纤的聚焦和扫描是通过数字相位共轭来完成的，该数字相位共轭使用超快参考脉冲的时间选通进行模式选择。激发的双光子发射通过同一光纤收集。我们展示了深度切片扫描的聚焦脉冲在一个3D体积的样品组成的荧光珠悬浮在聚合物。所实现的分辨率为横向1微米和轴向15微米。扫描在80 × 80微米的视场内进行。据我们所知，这是第一次通过多模光纤使用双光子荧光进行高分辨率三维成像的演示。
2015-10-14 physics.optics
Low-spatial-coherence broadband fiber source for speckle free imaging
我们设计并演示了一种基于光纤的放大自发发射（ASE）光源，该光源具有低空间相干性、低时间相干性和高模式功率。ASE是通过光学泵浦大增益芯多模光纤，同时最小化光学反馈以避免激射而产生的。光纤ASE光源提供270 mW的连续波发射，中心波长为λ = 1055 nm，半峰全宽带宽为74 nm。发射分布在多达~70个空间模式中，与光谱复合相结合时可以实现高效的散斑抑制。最后，我们展示了使用光纤ASE光源的无散斑全场成像。光纤ASE光源提供了每模高功率与低空间和低时间相干性的独特组合，使其成为全场成像和测距应用的理想光源。
2015-07-16 physics.optics
Deep Learning Enabled Real Time Speckle Recognition and Hyperspectral Imaging using a Multimode Fiber Array
我们展示了深度学习用于斑点图案的快速光谱解构。人工神经网络可以有效地训练使用数值构造的多光谱数据集从测量的光谱传输矩阵。在这些数据集上训练的优化神经网络可以从单色相机图像中可靠地重建离散和连续光谱。将深度学习与解析反演方法以及压缩感知算法进行比较，并在过采样和稀疏欠采样（压缩）机制中显示出有利的特性。深度学习方法在对漂移或噪声的鲁棒性以及重建速度方面具有显著优势。在一个原理验证演示器中，我们使用多芯多模光纤阵列作为随机散射介质实现了高光谱信息的实时恢复。
2019-06-01 eess.IV physics.optics
Speckle-correlation imaging through a kaleidoscopic multimode fiber
本研究利用方芯多模光纤的万花筒式记忆效应，通过平移输入散斑图案并测量荧光强度，在无光纤先验知识下重建图像，为柔性微创内窥镜的开发提供了新策略。
2023-06-26 physics.optics
Pulse-to-pulse wavelength switchting of diode based fiber laser for multi-color multi-photon imaging
我们提出了一种完全基于光纤的激光光源的非线性成像与多色激发的新方法。通过四波混频和受激拉曼散射的组合，将1064 nm的主动调制和放大的皮秒光纤激光器的高功率输出移动到更长的波长。通过组合不同的光纤类型和长度，我们控制了传输光纤本身的非线性波长转换，并可以通过调谐光纤放大器的泵浦功率和调制种子二极管在1064 nm、1122 nm和1186 nm之间进行实时切换。这是一种有前途的方式，以提高短脉冲激光二极管的生物分子非线性成像的适用性，通过减少这种源的光谱限制。与我们以前的工作[1，2]相比，我们首次展示了具有移位波长的双光子成像，并且我们展示了不同波长之间的脉冲到脉冲切换而不改变配置。
2018-10-11 physics.optics
Vectorial modeling of near-field imaging with uncoated fiber probes: Transfer function and resolving power
使用精确的三维矢量模拟的辐射耦合到未涂覆的介质光纤探头，我们计算的锥形单模光纤尖在633 nm的光波长的振幅传递函数。玻璃纤维尖端的耦合效率是在宽范围的空间频率的入射辐射的开口角从30度到120度变化。在近场成像与这些提示的分辨率被认为是在直接和空间频率空间的场分布有限。详细分析了描述探测光场与近场图像之间关系的传递函数的特性。利用一个完美的尖端的重要性也进行了检查。
2006-08-30 physics.optics
High-throughput Imaging of Self-luminous Objects through a Single Optical Fiber
通过单根光纤成像在许多应用中提供了有吸引力的可能性，如显微内窥镜或遥感。然而，通过光纤直接传输图像是困难的，因为空间信息在传播时被扰乱。我们展示了一种图像传输策略，空间信息首先转换为光谱信息。我们的策略是基于扩频编码的原理，借用无线通信，其中对象像素被转换成不同的频谱代码，跨越整个带宽的对象频谱。图像恢复是通过对光纤输出端的检测光谱进行数值反演来实现的。我们提供了一个简单的示范扩频编码使用法布里-珀罗标准具。我们的技术使自发光（即非相干）的物体的2D成像具有高吞吐量的原则上独立于像素数。此外，它对光纤弯曲不敏感，不包含移动部件，并打开了极端小型化的可能性。
2015-05-27 physics.optics
Focusing and imaging with increased numerical apertures through multimode fibers with micro-fabricated optics
在内窥镜应用中使用单个多模光纤有可能为显微镜和光学显微操作提供高度小型化和非侵入性的探针。最近已经提出了一些不同的策略，但是它们都遭受与多模光纤的低数值孔径相关的固有的低分辨率。在这里，我们表明，双光子聚合允许直接制造的光纤端的微光学元件，导致数值孔径增加到接近1的值。通过空间光调制器将光耦合到光纤中，我们能够在面向光纤另一端的扩展区域上光学扫描亚微米光斑（300 nm FWHM）。还展示了具有改进的分辨率的荧光成像。
2014-05-29 physics.optics
Unsupervised Full-color Cellular Image Reconstruction through Disordered Optical Fiber
近年来，光纤成像与监督式深度学习的融合取得了巨大发展，为难以到达的区域提供了高质量的成像。然而，监督式深度学习方法对光纤成像系统施加了严格的限制，其中输入对象和光纤输出必须成对收集。为了释放光纤成像的全部潜力，需要无监督的图像重建。不幸的是，无论是光纤束还是多模光纤都不能以高采样密度实现对象的点对点传输，这是无监督图像重建的先决条件。最近提出的无序纤维提供了一个新的解决方案的基础上的横向安德森局域化。在这里，我们展示了无监督的全色成像与细胞分辨率通过一米长的无序纤维在传输和反射模式。无监督图像重建包括两个阶段。在第一阶段中，我们使用对象的统计数据对光纤输出执行像素级标准化。在第二阶段，我们通过生成对抗网络恢复重建的细节。无监督图像重建不需要配对图像，从而在各种条件下实现更灵活的校准。我们的新解决方案仅在初始校准后收集光纤输出，即可在至少4 mm的工作距离内实现全色高保真细胞成像。当无序光纤以60°的中心角弯曲时，也证明了高成像鲁棒性。此外，跨域的一般性上看不见的对象被证明是增强与多样化的对象集。
2022-12-21 physics.optics
Long-distance thermal temporal ghost imaging over optical fibers
提出了一种远距离两方之间的热鬼成像方案，并在长距离光纤上进行了实验验证。在该方案中，弱热光被分成两条路径。在一个路径中的光子根据它们的频率通过空间色散分量在空间上扩散，然后照射物体并记录其空间传输信息。另一路径中的光子通过时间色散分量而在时间上漫射。通过对两路光子的符合测量，利用两路光子之间的频率相关性，实现了对物体的鬼像成像。在实验中，利用硅波导中的自发四波混频制备了弱热光源。50 km长的单模光纤引入了时间色散，这也可以看作是光纤链路。实验结果表明，该方案可以在长距离光纤上实现。
2017-12-26 physics.optics
Photonic crystal fiber for high resolution lensless in-line holographic microscopy
我们提出使用高数值孔径单模光纤，如光子晶体光纤无透镜同轴全息显微术。高发散光束有助于克服图像传感器的空间采样限制。本文采用像素间距为1.12 μ m的图像传感器和模场直径为1.8 μ m的光子晶体光纤，实现了亚微米的横向分辨率。在单次无透镜成像的早期方法中，亚微米分辨率已经在非常小的工作距离和视场下获得。该方法提高了分辨率，而不影响工作距离。已证明工作距离（但不限于）约为1.7 mm，视场约为1.4 mm。
2020-01-27 eess.IV physics.optics
Nonlinear beam self-imaging and self-focusing dynamics in a GRIN multimode optical fiber: theory and experiments
非线性梯度折射率多模光纤中的光束自成像对于许多应用是令人感兴趣的，例如通过多模干涉在光纤激光器中实现快速可饱和吸收体机制。我们得到了一个精确的解决方案的一个梯度折射率多模光纤携带的激光束的一阶和二阶矩的非线性演化，预测的空间自成像周期不随功率变化。而束宽的振荡幅度与功率有关。我们已经实验研究了光束自成像的纵向演化的飞秒激光脉冲传输的标准电信梯度折射率多模光纤的反常和正常的色散制度。通过可见荧光发射和谐波产生的光散射出光纤芯，使我们能够直接确认自成像周期与功率无关。着重讨论了自聚焦作用下自成像过程的空间位移和分裂。
2020-05-14 nlin.PS physics.optics
Multi-window SRS imaging using a rapid widely tunable fiber laser
光谱受激拉曼散射（SRS）成像已成为一个有用的工具，发现广泛的应用。然而，更广泛的采用是由庞大的和环境敏感的固态光学参量振荡器（OPO）在当前的SRS显微镜阻碍。此外，由于固态OPO的缓慢波长调谐速度，跨C-H、C-D和指纹拉曼区域的化学信息多窗口SRS成像具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一个多窗口SRS成像系统的基础上，紧凑和强大的光纤激光器具有快速和广泛的调谐能力。针对光纤激光器固有的相对强度噪声，我们实现了自动平衡检测，使受激拉曼损耗成像的信噪比提高了23倍。我们展示了真菌，癌细胞和秀丽隐杆线虫在C-H，C-D和指纹拉曼窗口的高质量SRS代谢成像。我们的结果展示了紧凑的多窗口SRS系统的广泛应用的潜力。
2021-08-19 physics.optics
Imaging through a square multimode fiber by scanning focused spots with the memory effect
通过相关测量，在方波导中观察到了位移-位移记忆效应的存在，即输入场的任何平移都会引起输出场在四个对称方向上的平移。在这里，我们证明了这种记忆效应也可以在真实空间中观察到，并且可以用于成像目的。首先，通过基于来自导星的反馈的波前整形，在方芯多模光纤的输出处创建焦点。然后，由于记忆效应，通过在光纤输入处移动波前，可以在光纤输出处扫描四个对称的光斑。我们证明，这种属性可以被利用来执行通过多模光纤的荧光成像，而不需要测量的传输矩阵。
2023-03-19 physics.app-ph physics.optics
Quantitative phase imaging through an ultra-thin lensless fiber endoscope
本研究提出一种基于超薄裸露多芯光纤束的计算式无透镜微型内窥镜，可从单次远场散斑重建复光场，实现纳米级轴向、最高1μm横向分辨率的定量相位成像，完成癌细胞三维成像，有望推动体内病理诊断的临床应用。
2022-07-06 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Robust Super-Resolution Imaging Based on a Ring Core Fiber with Orbital Angular Momentum
本文提出并验证了基于轨道角动量环形芯光纤的鲁棒超分辨成像方法，利用弱耦合模式组抗扰动、涡旋滤波增强边缘，结合少样本U-Transformer网络提升环境适应性，实现生物图像传输。
2023-09-01 physics.optics
Spectrally-encoded non-scanning imaging through a fiber
本文提出一种通过单根光纤实现无机械扫描成像的方法，利用微制造光谱滤波器阵列进行空间-光谱编码，并通过伪逆计算恢复图像，实验验证了在光纤弯曲或移动下仍能保持低错误率成像，有望应用于紧凑型内窥镜和血管镜。
2023-05-26 physics.optics
Modeling of a Single Multimode Fiber Imaging System
对单模多模光纤中的图像传输进行了详细的理论分析。利用自由空间傅里叶光学理论和模式耦合理论，建立了单模场成像模型，研究了光波从光源到摄像机的传播过程。给出了完整的单模场成像系统的数学表达式，并通过图像传输仿真验证了该表达式的正确性。我们的模型被认为是第一个理论模型，以描述完整的MMF成像系统的基础上传输的个别模式。因此，该模型是鲁棒的，能够分析特定模式耦合条件下的MMF图像传输。我们使用我们的模型来研究弯曲引起的图像模糊在单MMF图像传输，并发现了一个很好的协议与现有的实验研究。这些应该为未来的MMF成像系统的发展提供重要的见解。
2016-07-26 physics.optics
Single- and multi-layer micro-scale diffractive lens fabrication for fiber imaging probes with versatile depth-of-field
该研究提出将封装的平面衍射透镜键合到光纤端面的新方法，可制备单层及多层微尺度衍射透镜，实现灵活景深的光纤成像探针，有望支撑超薄先进成像与传感应用。
2024-01-25 physics.optics
3D scattered light imaging: extracting 3D fiber orientations from 1D line profiles in brain imaging
Forschungszentrum Juelich（于利希研究中心）；University of Wuppertal（伍珀塔尔大学）；University of Twente（特文特大学）；Netherlands Institute for Neuroscience, Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences（荷兰神经科学研究所，荷兰皇家艺术与科学院）
该研究针对脑成像中纤维交叉分辨难题，提出基于瑞利-甘斯散射理论近似的三维散射光成像方法，可从一维SLI测量提取神经纤维三维取向，经体模验证后应用于脑组织并与3D-PLI对比。
2026-09-04 physics.med-ph physics.optics
Ptychographic lensless coherent endomicroscopy through a flexible fiber bundle
针对动态光纤弯曲导致的波前畸变影响多芯光纤无透镜成像的问题，提出基于仅强度测量的叠层成像无透镜相干内窥显微术，以扫描纤芯照明时的反射衍射强度图为输入恢复物体相位与振幅，采集流程等效于共焦显微内窥镜且仅替换探测器为相机。
2024-01-31 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Real-time High Resolution THz Imaging with a Fiber Coupled Photo Conductive Antenna and an Uncooled Microbolometer Camera
我们提出了一种实时太赫兹成像方法，使用商业光纤耦合的光电导天线作为太赫兹源和非制冷微测辐射热计相机进行检测。与其他太赫兹成像装置相比，由于其紧凑和非冷却的辐射源，其光纤耦合允许灵活放置，因此该概念具有很强的适应性。使用具有高灵敏度的相机可以实现实时成像。作为概念验证，测量了THz时域光谱仪的光束形状。我们还展示了传输几何的实际应用潜力，涵盖材料科学和安全任务。结果表明，隐藏项目，复杂的结构和水分含量的（生物）材料可以解决。我们讨论了目前的设置，可能的改进，潜在的（工业）应用的限制，并概述了在反射几何成像或扩展到多光谱成像使用带通滤波器的可行性。
2021-04-08 physics.ins-det physics.optics
Controlling light propagation in multimode fibers for imaging, spectroscopy and beyond
本文综述了利用空间波前整形技术精确控制多模光纤中光传播的最新进展，并探讨其在成像、内窥镜、光镊及微加工等领域的应用。
2023-05-16 physics.optics
An achromatic metafiber for focusing and imaging across the entire telecommunication range
色散工程对包括光纤器件在内的大多数现代光学系统的性能至关重要。即使用于内窥镜应用的米级单模光纤的色散可以忽略不计，位于光纤端面上用于光学聚焦和成像的光学透镜也会遭受强烈的色差。在这里，我们提出了在单模光纤端面上的3D消色差衍射超透镜的设计和纳米打印，能够在整个近红外电信波长波段范围从1.25到1.65 μ m进行消色差和偏振不敏感聚焦。这代表了商业上使用的光纤的整个单模域。3D纳米柱亚原子中的未锁定高度自由度极大地将消色差超透镜的时间带宽积的上限增加到21.34，从而导致跨越-8到14 fs的宽群延迟调制范围。此外，我们展示了使用我们的紧凑和灵活的消色差超光纤的光纤共焦成像，能够在宽带光照明下创建清晰的图像。这些结果可能会释放光纤超光学的全部潜力，广泛的应用，包括高光谱内窥镜成像，飞秒激光辅助治疗，深部组织成像，波长复用光纤通信，光纤传感和光纤激光器。
2022-01-20 physics.app-ph physics.optics
Ultra-thin rigid endoscope: Two-photon imaging through a graded-index multi-mode fiber
像梯度折射率（GRIN）透镜的刚性内窥镜是生物成像中的已知工具，但是在概念上难以将其简化。在这封信中，我们展示了一个超薄刚性内窥镜，直径只有125微米。此外，我们确定了一个域的双光子内窥镜成像与fs脉冲激发是可能的。我们验证了超薄刚性内窥镜组成的几厘米的梯度折射率多模光纤，用它来获取光学切片的双光子荧光内窥镜图像的三维样品。
2015-10-16 physics.ins-det physics.optics
Experimental insights into data augmentation techniques for deep learning-based multimode fiber imaging: limitations and success
本研究提出了一种物理数据增强方法，通过实验获取散斑以提升多模光纤成像的重建质量，有效提升了SSIM指标17%。
2025-11-24 physics.optics
Fiber-based optical trapping of yeast cells as near-field magnifying lenses for parallel subwavelength imaging
微球透镜亚波长成像是一种很有前途的无标记超分辨率成像技术。使用活细胞来代替广泛使用的非生物微球透镜的兴趣越来越大。在这项工作中，我们展示了酵母细胞用于这种成像目的。利用基于光纤的光捕获技术，我们成功地捕获了一条酵母细胞链，并将它们带到成像对象附近。这些酵母细胞作为近场放大透镜工作，同时拾取每个细胞下纳米级物体的亚衍射信息，并将其投射到远场。100 nm特征的蓝光光盘可以通过每个单元以并行方式清晰地分辨，从而有效地增加成像视场和成像效率。本文的工作将有助于更先进的生物超透镜成像系统的进一步发展
2021-07-03 physics.bio-ph physics.optics
Super-resolution imaging through a multimode fiber: the physical upsampling of speckle-driven
本文发现多模光纤中散斑形成的干涉过程可实现物理上采样，补充数据驱动深度学习方法的信息不足，从而在保持大放大倍数下提升超分辨率成像重建质量，为微创手术内窥镜发展提供指导。
2023-07-11 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Label-free video-rate micro-endoscopy through flexible fibers via Fiber Bundle Distal Holography (FiDHo)
光纤显微内窥镜是微创深部组织成像的重要工具。然而，最先进的显微内窥镜不能通过动态弯曲的光纤进行三维成像，而不使用庞大的光学元件，如在远端的透镜和扫描仪，增加了足迹和组织损伤。虽然在开发避免远端笨重光学元件的方法方面已经投入了很大的努力，但是动态光学波前的基本障碍-通过柔性光纤的传播中的失真将当前方法限制为接近静态或非柔性光纤。在这里，我们提出了一种方法，允许全息3D弯曲不敏感，相干门控，显微内窥镜成像，使用市售的多芯光纤（MCF）。我们通过在远端光纤尖端添加一个微型部分反射镜来实现这一点，使我们能够进行低相干全场相移全息术。我们展示了宽场衍射限制反射成像的振幅和相位目标，通过动态弯曲的光纤在视频速率。我们的方法具有很大的潜力的动态样品的无标记调查。
2021-02-12 physics.bio-ph physics.optics
Pixelation-free and real-time endoscopic imaging through a fiber bundle
内窥镜检查已成为医学诊断中不可或缺的工具，但对减小单位直径和增强空间分辨率的需求一直在稳步增长，以实现对远端部位的准确调查，并将副作用降至最低。然而，试图利用薄的图像引导介质伴随着空间分辨率的退化，因为微光学器件经常引起像差。在这里，我们提出了一种显微内窥镜，它可以实时校正由图像引导介质（如成束光纤）引起的严重像差。具体而言，我们开发了一种方法，利用全二进制控制的数字微镜器件（DMD）的特征的图像引导介质的输入-输出响应，并随后补偿的像差。作为一项概念验证研究，我们完全消除了像素伪影，一种严重的像差形式，在内窥镜成像通过图像光纤束，并实现了空间分辨率远远优于单个光纤的直径。我们的研究奠定了应用极薄，但高度异常的图像引导介质的高分辨率显微内窥镜的基础。
2013-08-30 physics.optics
Talbot self-imaging and two-photon interference in ring-core fibers
波在圆柱表面的传播表现出干涉自成像，很像周期光栅近场衍射中的Talbot效应。本文报道了在弱导环芯光纤中对经典光场的圆柱形Talbot毯的实验观察。我们进一步表明，环芯光纤作为一个高阶光学分束器的单光子，其输出可以控制的输入光场之间的相对相位。通过还展示了高质量的双光子之间的不可区分的光子发送到环芯光纤的干涉，我们的研究结果打开了门，在光通信作为一个紧凑的光束多路复用器，以及在量子信息处理任务作为一个可扩展的实现线性光网络的应用。
2021-09-16 physics.optics quant-ph
High resolution Fluorescence lifetime IMaging Micro-Endoscopy (FLIMME) using a single multimode fiber
本研究为单根多模光纤显微内窥镜引入荧光寿命成像模式，通过射频幅度调制和锁相检测实现亚微米分辨率成像，可在厚离体小鼠组织中无标记成像，为癌症检测提供新方向。
2025-09-30 physics.optics
Neural Network-Based Multimode Fiber Imaging and Characterization Under Thermal Perturbations
研究提出基于神经网络的多模光纤成像方案，实验证明其对热扰动具有显著鲁棒性，且单隐藏层密集网络优于卷积网络，并能通过重建传输矩阵表征光纤特性。
2024-09-25 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Scattered Light Imaging: Resolving the substructure of nerve fiber crossings in whole brain sections with micrometer resolution
为了开发基于图像重建的详细的大脑网络模型，有必要在空间上分辨交叉的神经纤维。因此，准确度取决于许多因素，包括成像技术的空间分辨率。3D偏振光成像（3D-PLI）允许以微米平面内分辨率对全脑切片中的神经纤维束进行三维重建，但在包含交叉纤维的像素中留下不确定性。在这里，我们介绍了散射光成像（SLI）来解决神经纤维交叉的子结构。在与3D-PLI中相同的未染色组织学脑切片上进行测量。通过从不同角度照射大脑切片并测量正常入射下的透射（散射）光，SLI提供了有关潜在神经纤维结构的信息。已经开发了对所产生的光强度分布的全自动评估，允许用户一次为每个图像像素提取各种特征，如平面内交叉神经纤维的各个方向。我们验证重建的神经纤维方向对以前的模拟研究，散射测量，和纤维方向从3D-PLI获得的结果。我们证明，在不同的大脑样本（人的视神经束，黑长尾猴脑，大鼠脑）的2D纤维方向可以可靠地重建多达三个交叉的神经纤维束在每个图像像素的平面内分辨率高达6.5 $μ$ m。我们表明，SLI也产生可靠的纤维方向，在大脑区域与低3D-PLI信号来自区域与低密度的有髓神经纤维或平面外纤维。结合3D-PLI，该技术可用于完整重建大脑中的三维神经纤维结构。
2021-02-02 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Frequency-doubled femtosecond Er-doped fiber laser for two-photon excited fluorescence imaging
研制了一种脉冲重复频率可调的飞秒倍频掺铒光纤激光器，并将其应用于双光子激发荧光显微术。全光纤激光器系统提供了波长为1560 nm的基波脉冲，持续时间为22 fs，用于二次谐波产生，导致在780 nm处产生1.35 nJ，60 fs的脉冲。重复率由内置在放大器链中的脉冲选择器单元调整，直接为1至12 MHz之间的任何选定重复率提供变换限制脉冲。我们采用激光光源驱动扫描双光子激发荧光显微镜离体大鼠皮肤和其他样品成像在不同的脉冲重复率。由于紧凑，易于操作，和合适的脉冲特性的激光源，可以被认为是一个有吸引力的替代钛：蓝宝石激光器在生物医学成像。
2020-05-02 physics.bio-ph physics.optics
Real-time Calibration-free Imaging Through Dynamic and Distinct Multimode Fibers via Spatial Harmonic Invariant Nonlinear Encoding (SHINE)
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Huaqiao University（华侨大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；ENS-Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Collège de France（巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西公学院）
本研究提出一种无需校准的MMF相干成像方法SHINE，通过空间谐波不变非线性编码实现动态环境下实时图像重建和跨光纤泛化。
2026-02-24 physics.optics
High-Resolution Imaging of Cold Atoms through a Multimode Fiber
我们研制了一种超小型高分辨率冷原子成像系统。它唯一的真空元件是一根直径为$230\,μ$ m的多模光纤，它同时收集光并将其引导出真空室。外部自适应光学使我们能够在$100 \times 100\,μ$ m $^2$视场内以$\sim 1\,μ$ m分辨率成像冷Rb原子。这些光学器件可以很容易地重新排列，以在快速吸收成像和高灵敏度荧光成像之间切换。该系统特别适用于混合量子工程平台，其中冷原子与光学腔、超导电路或限制光学访问的光机械设备相结合。
2020-12-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Using fiber-bending generated speckles for improved working distance and background-rejection in lensless microendoscopy
基于无透镜柔性光纤束的内窥镜允许以最小的占地面积在传统显微镜无法到达的深度进行成像。这些多芯光纤提供了一个简单的解决方案，用于宽场荧光成像时，目标是相邻的光纤端面。然而，它们受到非常有限的工作距离和失焦背景的影响。在这里，我们仔细研究的动态散斑照明模式产生的弯曲的商业光纤束，并表明，它们可以被利用，以允许延长工作距离和背景抑制，使用超分辨率波动成像（SOFI）分析的多帧，而无需添加任何光学元件。
2020-04-23 physics.bio-ph physics.optics
Multichannel-GaAsP-photomultiplier-based fiber bundle ISM-STED microscope
本文设计了一种基于多通道GaAsP光电倍增管和光纤束的共聚焦超分辨显微镜，通过光子重定位和ISM计算突破分辨率极限，并支持TCSPC技术。
2024-04-19 physics.ins-det physics.optics
Higher-Order Modes Are More Robust: The Origin of Bending Insensitivity in Multimode Fibers and Its Exploitation for Imaging
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Anhui University（安徽大学）
本文从模式耦合理论出发，证明并验证了高阶模式比低阶模式具有更强的弯曲鲁棒性，并基于弯曲扰动与输入场无关的特性，提出物理启发的双编码器神经网络，显著提升多模光纤成像系统的抗弯曲能力。
2026-08-27 physics.optics
Single shot polarimetry imaging of multicore fiber
我们报告了一个实验测试的单次偏振测量应用于实时监测的问题，在每个核心内的多芯光纤束的输出偏振态。该技术使用应力工程光学元件连同分析器，并提供点扩散函数，其形状明确地揭示了点源的偏振状态。我们实现了这种技术，同时和实时监测，输出偏振状态高达180单模光纤芯在传统的和保偏束。我们还证明，该技术可以用来充分表征每个单独的BER核心的偏振特性，包括本征偏振态，相位延迟和二向衰减。
2016-04-05 physics.ins-det physics.optics
