非相干模態(tài)分解示意圖
從高速互聯(lián)網(wǎng)到先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像,光技術(shù)是許多前列創(chuàng)新技術(shù)的核心。然而,在湍流大氣或變形光學(xué)系統(tǒng)等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中傳輸光線一直是一個重大障礙。這些復(fù)雜性會扭曲和破壞光場,從而難以獲得清晰可靠的結(jié)果。長期以來,科學(xué)家們一直在尋找克服這些限制的方法,而一項新的突破可能是推動實際應(yīng)用的關(guān)鍵。
據(jù)《先進(jìn)光子學(xué)》(Advanced Photonics)雜志報道,蘇州大學(xué)的研究人員在了解光如何在復(fù)雜多變的介質(zhì)中傳播方面取得了重大進(jìn)展。這一突破將徹底改變從光通信到先進(jìn)成像技術(shù)等各種應(yīng)用。
在光學(xué)領(lǐng)域,復(fù)雜介質(zhì)引起的光場變形、閃爍和漂移一直限制著實際應(yīng)用。蘇州大學(xué)團(tuán)隊利用相干熵概念引入了一種新方法來解決這一問題。
相干熵是對光的統(tǒng)計特性(即相干性)的測量,它提供了受隨機(jī)波動影響的光場的全局特征。傳統(tǒng)上,對光的相干性進(jìn)行表征既復(fù)雜又難以量化。研究小組成功地將正交模態(tài)分解應(yīng)用于部分相干光束,從而引入了相干熵作為可靠的度量指標(biāo)。
他們的研究發(fā)現(xiàn),相干熵在光通過單元系統(tǒng)傳播的過程中保持穩(wěn)定,即使面對復(fù)雜和變形的光學(xué)環(huán)境也是如此。這種一致性表明,相干熵可以作為非理想條件下光場行為的可靠指標(biāo)。
研究小組通過研究相干熵在部分相干光束穿過各種變形光學(xué)系統(tǒng)和湍流介質(zhì)時的有效性,證明了相干熵的實用性。結(jié)果表明,相干熵具有彈性,仍然是評估光場在挑戰(zhàn)性條件下性能的可靠指標(biāo)。
通訊作者、首席研究員Chengliang Zhao博士說:“這項研究是我們預(yù)測和控制光線在復(fù)雜環(huán)境中傳播能力的重大飛躍,相干熵作為全局相干特性的引入,為定制光場以提高其在實際應(yīng)用中的性能開辟了新的可能性。”
這項研究意義深遠(yuǎn)。從增強(qiáng)必須穿過大氣湍流的光通信系統(tǒng),到推進(jìn)依賴穿過扭曲介質(zhì)的光場的成像技術(shù),相干熵都可能成為科學(xué)家和工程師的重要工具。
通過提供一種更可靠的方法來評估和管理非理想條件下的光場,這項研究為在各種科學(xué)和實用領(lǐng)域更廣泛、更有效地利用低相干性光場鋪平了道路。
審核編輯 黃宇
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