Naukowcy dokonali przełomowego postępu w zrozumieniu propagacji światła w złożonych ośrodkach, potencjalnie rewolucjonizując takie dziedziny, jak komunikacja optyczna i obrazowanie medyczne.
Wprowadzając koncepcję entropii koherencji, nowej miary służącej do oceny zachowania światła, zapewniono niezawodne narzędzie do zarządzania polami świetlnymi w trudnych warunkach. Badania te mogą znacząco poprawić wydajność systemów wykorzystujących światło, szczególnie w sytuacjach, w których tradycyjne metody zawodzą z powodu zniekształceń mediów.
Technologia świetlna leży u podstaw wielu najnowocześniejszych innowacji, od szybkiego Internetu po zaawansowane obrazowanie medyczne. Jednak przesyłanie światła w trudnych warunkach, takich jak turbulentna atmosfera lub zdeformowane układy optyczne, zawsze stanowiło poważną przeszkodę. Te złożoności mogą zniekształcać i zakłócać pole świetlne, utrudniając osiągnięcie wyraźnych i wiarygodnych wyników. Naukowcy od dawna poszukiwali sposobów na pokonanie tych ograniczeń, a nowy przełom może okazać się kluczem do zaawansowanych zastosowań praktycznych.
Przełom w zrozumieniu propagacji światła
Jak podano w dzienniku Zaawansowana fotonikabadacze z Uniwersytetu Soochow poczynili znaczny postęp w zrozumieniu zachowania światła podczas podróży przez złożone i zmienne ośrodki. Ten przełom może zrewolucjonizować różne zastosowania, od komunikacji optycznej po zaawansowane techniki obrazowania.
W dziedzinie optyki deformacja, migotanie i dryf pól świetlnych powodowane przez złożone media mają historycznie ograniczone zastosowania praktyczne. Zespół Uniwersytetu Soochow przedstawił nowatorskie podejście do rozwiązania tego problemu, wykorzystując koncepcję znaną jako entropia koherencji.
Entropia koherencji, miara statystycznej właściwości światła zwanej koherencją, zapewnia globalną charakterystykę pól świetlnych podlegających przypadkowym fluktuacjom. Tradycyjnie charakterystyka spójności światła była złożona i trudna do określenia ilościowego. Zespół badawczy z powodzeniem zastosował ortogonalną dekompozycję modalną do częściowo spójnych wiązek, co doprowadziło do wprowadzenia entropii koherencji jako wiarygodnej metryki.
Stabilność entropii koherencji w ośrodkach złożonych
Ich badania wykazały, że entropia koherencji pozostaje stabilna podczas propagacji światła w układzie unitarnym, nawet w obliczu złożonych i zdeformowanych środowisk optycznych. Ta zgodność sugeruje, że entropia spójności może być solidnym wskaźnikiem zachowania pola świetlnego w nieidealnych warunkach.
Zespół wykazał praktyczną użyteczność entropii koherencji, badając jej skuteczność w częściowo spójnych wiązkach przemieszczających się przez różne zdeformowane układy optyczne i turbulentne ośrodki. Wyniki pokazują, że entropia koherencji jest odporna i pozostaje niezawodną miarą oceny działania pól świetlnych w trudnych warunkach.
„To badanie stanowi poważny krok naprzód w naszej zdolności przewidywania i kontrolowania propagacji światła w złożonych środowiskach” – powiedział autor korespondujący, dr Chengliang Zhao, główny badacz. „Wprowadzenie entropii koherencji jako globalnej charakterystyki koherencji otwiera nowe możliwości dostosowywania pól świetlnych w celu poprawy ich wydajności w rzeczywistych zastosowaniach”.
Szerszy wpływ na komunikację optyczną i obrazowanie
Konsekwencje tego badania są dalekosiężne. Od ulepszania systemów komunikacji optycznej, które muszą działać w turbulencjach atmosferycznych, po zaawansowane technologie obrazowania opierające się na polach świetlnych przemieszczających się przez zniekształcone media, entropia koherencji może stać się kluczowym narzędziem zarówno dla naukowców, jak i inżynierów.
Zapewniając bardziej niezawodny sposób oceny pól świetlnych i zarządzania nimi w warunkach odbiegających od idealnych, badanie to toruje drogę do szerszego i bardziej efektywnego wykorzystania pól świetlnych o niskiej koherencji w różnych dziedzinach nauki i praktyki.
Odniesienie: „Entropia spójności podczas propagacji przez złożone media” autorstwa Xingyuan Lu, Zhuoyi Wang, Qiwen Zhan, Yangjian Cai i Chengliang Zhao, 18 lipca 2024 r., Zaawansowana fotonika.
DOI: 10.1117/1.AP.6.4.046002
