The generation of tailored light with multi-core fiber (MCF) lensless microendoscopes is widely used in biomedicine. However, the computer-generated holograms (CGHs) used for such applications are typically generated by iterative algorithms, which demand high computation effort, limiting advanced applications like in vivo optogenetic stimulation and fiber-optic cell manipulation. The random and discrete distribution of the fiber cores induces strong spatial aliasing to the CGHs, hence, an approach that can rapidly generate tailored CGHs for MCFs is highly demanded. We demonstrate a novel phase encoder deep neural network (CoreNet), which can generate accurate tailored CGHs for MCFs at a near video-rate. Simulations show that CoreNet can speed up the computation time by two magnitudes and increase the fidelity of the generated light field compared to the conventional CGH techniques. For the first time, real-time generated tailored CGHs are on-the-fly loaded to the phase-only SLM for dynamic light fields generation through the MCF microendoscope in experiments. This paves the avenue for real-time cell rotation and several further applications that require real-time high-fidelity light delivery in biomedicine.


翻译:在生物医学中,广泛使用以多芯纤维(MCF)不透视显微信箱制作的定制光的生成光,但是,用于此类应用的计算机生成的全息图(CGHs)通常是由迭代算法生成的,这种算法要求大量的计算努力,限制先进的应用,例如活体热电动刺激和光纤细胞操纵;纤维核心的随机和离散分布使光场的空间化化化变异到高孔径,因此,非常需要一种能够迅速生成适合MCF的CGHs的方法。我们展示了一种新型的相形深神经网(CoreNet),可以在近的视频速度上为MCFCF生成精确的CGHs。模拟表明CoreNet可以加快计算时间的两倍,提高生成光场与常规的CGH技术的忠实性。第一次,实时生成的CGHS被装在空中,用于通过MCF微信片进一步生成动态光场。这在实验中,这为实时的光电池转换和几次光学应用铺路。

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