Художественное изображение частично когерентного света, на который накладываются некогерентные моды при прохождении через сложную среду.
Кредит: Чэнлян Чжао, Университет Сучжоу.

Световые технологии лежат в основе многих передовых инноваций, от высокоскоростного интернета до передовой медицинской визуализации. Однако передача света через сложные среды, такие как турбулентная атмосфера или деформированные оптические системы, всегда представляла собой значительное препятствие. Эти сложности могут искажать и нарушать световое поле, затрудняя получение четких и надежных результатов. Ученые долго искали способы преодоления этих ограничений, и новый прорыв может стать ключом к продвижению практических приложений.

Как сообщается в Advanced Photonics, исследователи из Университета Сучжоу достигли значительного прогресса в понимании того, как свет ведет себя при прохождении через сложные и флуктуирующие среды. Этот прорыв может произвести революцию в различных приложениях, начиная от оптической связи и заканчивая передовыми методами визуализации.

В области оптики деформация, мерцание и дрейф световых полей, вызванные сложными средами, исторически имели ограниченное практическое применение. Команда Университета Сучжоу представила новый подход к решению этой проблемы, используя концепцию, известную как энтропия когерентности.

Когерентная энтропия, мера статистического свойства света, известного как когерентность, обеспечивает глобальную характеристику световых полей, подверженных случайным флуктуациям. Традиционно характеристика когерентности света была сложной и трудно поддающейся количественной оценке. Исследовательская группа успешно применила ортогональное модальное разложение к частично когерентным пучкам, что привело к введению когерентной энтропии как надежной метрики.

Их исследование показало, что энтропия когерентности остается стабильной при распространении света через унитарную систему, даже при столкновении со сложными и деформированными оптическими средами. Эта согласованность предполагает, что энтропия когерентности может быть надежным индикатором поведения светового поля в неидеальных условиях.

Команда продемонстрировала практическую полезность энтропии когерентности, изучив ее эффективность в частично когерентных пучках при их прохождении через различные деформированные оптические системы и турбулентные среды. Результаты показывают, что энтропия когерентности является устойчивой и остается надежной мерой для оценки производительности световых полей в сложных условиях.

«Это исследование представляет собой большой шаг вперед в нашей способности предсказывать и контролировать распространение света в сложных средах», — сказал ведущий автор доктор Чэнлян Чжао. «Введение энтропии когерентности в качестве глобальной характеристики когерентности открывает новые возможности для настройки световых полей с целью улучшения их производительности в реальных приложениях».

Последствия этого исследования далеко идущие. От улучшения оптических систем связи, которые должны работать в условиях атмосферной турбулентности, до развития технологий визуализации, которые полагаются на световые поля, проходящие через искаженные среды, когерентная энтропия может стать важнейшим инструментом для ученых и инженеров.

Предоставляя более надежный способ оценки и управления световыми полями в условиях, далеких от идеальных, это исследование прокладывает путь к более широкому и эффективному использованию низкокогерентных световых полей в различных научных и практических областях.