Оптоволокно толщиной с человеческий волос сканирует объекты на расстоянии до нескольких метров, измеряя яркость каждого пикселя и расстояние до него с миллиметровым разрешением. Технология имеет потенциал применения для минимально инвазивных медицинских зондов и для 3D визуализации труднодоступных внутренних частей механизмов.

Когда исследователями или специалистами нужно заглянуть в труднодоступные места сложного механизма или даже человеческого тела, на помощь приходят оптоволоконные технологии. Как правило, чтобы «заглянуть» внутрь объекта со сложной геометрией используют пучок оптоволокна толщиной примерно с человеческий палец. В таком пучке каждое волокно отвечает за один пиксель изображения.

Помимо интенсивности света оптоволоконный эндоскоп может регистрировать и трехмерную структуру объекта — благодаря технологии времяпролетной визуализации. Это метод, при котором на объект направляют световой импульс и измеряют время, через которое он возвращается обратно. В новой работе ученые показали, что можно обойтись всего одним оптоволокном толщиной с человеческий волос и создать на его основе прибор нового поколения для трехмерной визуализации удаленных объектов.

Команда использовала продвинутые методики формирования пучка света, которые позволили сформировать череду импульсов света лазера — отдельные «пятна» света. Эти «пятна» поочередно сканировали поле зрения, измеряя интенсивность отраженного света, которая определяла яркость каждого пикселя. Дополнительно система изменяла время, которое понадобилось «пятну», чтобы достичь объекта и вернуться обратно к эндоскопу — так определялось расстояние до каждого пикселя.

Исследователи показали, что такой подход работает для сканирования объектов на расстояние от нескольких десятков миллиметров до нескольких метров с разрешением глубины около пяти миллиметров. Более того, скорость сканирования позволила делать до пяти изображений в секунду, создавая видео с частотой до пяти кадров в секунду.

В предложенной учеными конструкции после калибровки оптоволокно должно оставаться неподвижным, но в будущем исследователи надеются сократить время калибровки и сделать оптоволокно подвижным во время сканирования. Сотрудничая с индустрией, авторы работы планируют создать микроэндоскопы нового поколения для широкого спектра применений в ближайшие 10 лет. Статья с описанием новой методики опубликована в журнале Science.

Time-of-flight 3D imaging through multimode optical fibers

Reconstructing a three-dimensional (3D) image of a scene typically involves sending out pulses of light and timing their return. For endoscope applications in bioimaging or imaging inside difficult-to-reach places inside machines, the typical approach using bulk optics may not be viable. Stellinga et al. found that 3D imaging can be achieved using multimode optic fibers. 
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl3771

Источник: https://naked-science.ru/article/physics/fiziki-sozdali-ultratonkoe-optovolokno-dlya-peredachi-trehmernyh-video