光ファイバーは、現代の高速・高容量通信において基本的な媒体として使用され、世界のつながりを担う重要な役割を果たしています。しかし、過去数十年間の通信業界のダイナミックな発展に伴い、通常のシングルモード光ファイバーはさまざまな産業アプリケーションの特定の要件を満たすことができなくなってきています。
これらのニーズに応えるために、偏波維持ファイバーやマルチコアファイバー、フォトニック結晶ファイバーなど、内部構造の複雑な特殊な光ファイバーのシリーズが開発されてきました。しかし、これらの特殊なファイバーとその複雑な内部構造の多様性は、製造プロセスのモニタリング、ファイバーの結合、およびマイクロ・ナノ加工の制約となっています。
中国の南京大学の科学者チームが発表した論文によると、ベッセルビームを光源とした光ファイバー解析の新しい手法が紹介されています。この手法により、マルチコアファイバーの内部構造を分析することが可能となります。
デジタル相関を用いた実験により、ベッセルビームを用いることの利点が確認されました。ディープラーニング技術を組み合わせることで、研究者たちは7芯光ファイバーの内部構造を高精度に測定することに成功しました。
シミュレーションによれば、ベッセルビームは散乱媒質において焦点の深さが長く、光の散乱が少なくなり、画像のコントラストが増します。また、ベッセルビームは屈折率曲率の異なる物体に対して特別な画像伝送特性を示します。
ベッセルビームに基づく解析手法は、従来のガウスビームを用いた方法と比較して、さまざまな回転角度でより多くのファイバーコアを観察することができます。ベッセルビームを用いた測定は、ガウスビームと比較して画像の変化が速く、高い精度を示します。
この研究では、ディープラーニングも応用され、画像処理とファイバーの回転角度の直接的な決定が可能となりました。結果は、ディープラーニングが実用的なアプリケーションにおいて高い精度と効果を持っていることを示しており、ベッセルビームに基づく解析手法がマルチコア光ファイバーやフォトニック結晶ファイバーのコア分布を正確かつ非侵襲的に測定する potentialをもつことを示しています。
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