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激光法克服无序介质传输

2021-2-4 09:44| 发布者: vantsing| 查看: 252| 评论: 0

摘要: 维也纳,2021年1月28日,TU Wien大学和Utrecht大学的研究人员开发了一种依赖于激光的方法,采用一种数学程序收集通过无序和复杂的介质数据。 在生物医学等环境中,嵌入在不规则、复杂环境中的结构很难用光进行测量 ...

  维也纳,2021128日,TU Wien大学和Utrecht 大学的研究人员开发了一种依赖于激光的方法,采用一种数学程序收集通过无序和复杂的介质数据。

  在生物医学等环境中,嵌入在不规则、复杂环境中的结构很难用光进行测量;其不规则结构会导致光发生偏转、散射和折射,导致收集的信息不准确。

无序的结构,如混浊的玻璃板,改变了光的路径,使人们很难获得准确的信息背后的物体

但是TU WienUtrecht 大学开发的一个数学程序确可以实现高度精确的测量(由TU Wien提供)

  “你总是想达到最好的测量精度——这是所有自然科学的核心要素,” TU WienStefan Rotter说。“举个例子,让我们想想巨大的LIGO设施,它被用来探测引力波。在那里,你把激光束发射到一面镜子上,激光和镜子之间距离的变化可以非常精确地测量。

  由于超高真空环境,光的传播不受干扰,使其测量可以实现高精度。

  Utrecht 大学的AllardMosk说:让我们想象一下,一块玻璃板不是完全透明的,但是粗糙而没有抛光,就像浴室的窗户一样。光可以通过,但不是直线。光波被改变和散射,因此我们无法用肉眼准确地看到窗户另一边的物体。

  研究人员确定,通过确定光束所发生的具体变化,他们就可以在本质上扭转局面,创造出一种复杂的波型,然后由光束所经过的无序介质将其转化为所需的形状。

  “要做到这一点,你甚至不需要知道到底是什么干扰,”  Dorian Bouchet,说,文章的第一作者。“首先通过系统发送一组试验波,研究它们是如何被系统改变的,就足够了。”

  研究人员共同开发了一个数学程序,可以用来计算基于测试数据的最佳波。

   Bouchet 说:“你可以证明,在各种测量中,有一些特定的波传递了最多的信息,例如,某个物体所处的空间坐标。”

  Utrecht大学的科学家们用浑浊的玻璃板测试了这项技术,这种玻璃板与浴室窗户的玻璃板相似。在描述介质的散射行为时,研究人员能够通过计算出最佳波来分析玻璃后面的物体,并最终获得精确到纳米范围的信息。

  为了测试这项技术的局限性,研究人员显著减少了光子的数量。他们发现这项技术仍然能够取得准确的结果。

  Mosk 说:“我们发现,我们的方法的精度只受到所谓的量子噪声的限制。”。“这种噪音是由于光是由光子组成的,对此我们无能为力。但在量子物理学允许我们对相干激光束所做的限制范围内,我们实际上可以计算出最佳的波来测量不同的东西——不仅是物体的位置,还有物体的运动或旋转方向。”

  这项工作发表在Nature Physics 


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