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无失真结构光

2023-2-22 09:15| 发布者: 光执事| 查看: 814| 评论: 1

摘要: 当光线通过大气等嘈杂通道时,它会失真,但存在复杂形式的光,它们不会失真,因此输出模式与输入相同。


  当光线通过大气等嘈杂通道时,它会失真,但存在复杂形式的光,它们不会失真,因此输出模式与输入相同。


  现代光学中一个令人兴奋的前景是利用光的模式 - 光在其许多自由度下的外观 - 通常被称为结构光。每个不同的模式可以形成用于光通信的编码字母表,或者可以在制造中用于提高性能和生产力。不幸的是,光的图案在通过嘈杂的通道时会失真,例如,应力光纤,像差的光学器件,浑浊的活组织,也许还有一个非常严重的例子,空气中的大气湍流。 在所有这些示例中,扭曲的模式可能会恶化到输出模式看起来与输入完全不同的程度,从而抵消了好处。正如Advanced Photonics报道的那样,南非的研究人员已经展示了如何找到无失真的光形式,这些光来自与它们被放入完全相同的嘈杂通道。以大气湍流为例,他们表明,这些特殊形式的光,称为特征模态,甚至可以在非常复杂的通道中找到,不失真,而其他形式的结构光将无法识别。


  让光穿过大气层在许多应用中至关重要,例如自由空间光学、传感和能量传输,但事实证明,找到如何最好地做到这一点具有挑战性。传统上,试错法被用来在某些特定的嘈杂通道中找到最强大的光形式,但迄今为止,随着介质变得越来越复杂,所有形式的熟悉的结构光都被证明是扭曲的。但是,是否有可能创造出不会失真的光,就像它不存在一样穿过,为了取得这一进展,研究人员将噪声通道视为数学算子,并提出了一个简单的问题:什么形式的光对这个算子是不变的?换句话说,处于通道自然模式的光波表现得好像它们没有看到失真:通道的真实特征模式。所处理的例子是由于大气湍流造成的严重扭曲。这个问题的答案揭示了以前未被识别的光形式,即不在任何著名的结构光家族中,但仍然对介质完全健壮。这一事实在弱湍流和强湍流条件下得到了实验和理论的证实。


  根据通讯作者,约翰内斯堡金山大学SPIE研究员和杰出教授Andrew Forbes的说法,这项工作令人兴奋的是,它开辟了一种研究复杂系统中复杂光的新方法 - 例如,通过光纤,水下通道,活组织和其他高度像差的系统传输经典和量子光。他补充说:由于特征模态的性质,这种介质有多长,或者扰动有多强并不重要,因此即使在传统纠正程序(如自适应光学)失败的状态下,它也应该能很好地工作。在复杂介质中保持结构光的完整性,将为未来通过噪声信道成像和通信的工作铺平道路,当光的结构化形式是脆弱的量子态时,这是特别相关的。

 

 


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引用 haibianhuakai 2023-2-23 15:11
这篇文章的摘要无法准确表达文章的主旨,可否再表达清楚一些。

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