一種不失真操縱結(jié)構(gòu)光的方法

光的許多特性使其能夠被操縱，并用于從非常敏感的測量到通信以及詢問物體的智能方法等各種應(yīng)用。一種引人注目的自由度是空間模式，稱為結(jié)構(gòu)光，它可以類似于甜甜圈和花瓣等形狀。例如，具有不同花瓣數(shù)量的圖案可以代表字母表中的字母，當(dāng)從另一側(cè)觀察時，可以傳遞信息。

不幸的是，這些模式對測量敏感的原因也使它們?nèi)菀资艿讲槐匾�的環(huán)境因素的影響，如空氣湍流、光學(xué)畸變、應(yīng)力纖維或生物組織進行自己的“圖案化”并扭曲結(jié)構(gòu)。在這里，扭曲的圖案會惡化到輸出圖案看起來與輸入完全不同的程度，使它們無效。

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（a） 通過使用光來校正光來校正像差狀態(tài)的概念。（b） 用于應(yīng)用和校正DFG結(jié)構(gòu)模態(tài)失真的實驗裝置。

糾正這一問題的傳統(tǒng)方法需要重新應(yīng)用相同的失真——這可以采用測量失真并應(yīng)用反向失真的形式，或者在光束中反轉(zhuǎn)失真并將其重新發(fā)送回像差，從而在這個過程中“撤銷”它本身。

在南非和意大利的合作中，研究人員現(xiàn)在表明，通過簡單地將其與另一束經(jīng)歷相同像差的非結(jié)構(gòu)化光束配對，可以糾正來自嘈雜環(huán)境的像差光，使其與之前相同。通過一系列光學(xué)畸變，他們表明，將它們一起傳入非線性晶體中，自然會導(dǎo)致光糾正光，即使對于使初始結(jié)構(gòu)無法識別的非常復(fù)雜的像差形式也是如此。

正如《先進光子學(xué)》（Advanced Photonics）報道的那樣，研究人員通過利用一種稱為差頻發(fā)生的過程實現(xiàn)了這一目標(biāo)，在該過程中，將兩束光射入一種稱為非線性晶體的特殊材料中，產(chǎn)生另一束具有兩個輸入特性的光束。最相關(guān)的是，輸出像差是兩個輸入像差的差值，因此如果它們相同，則光可以校正光——具有無像差的晶體后輸出。

這項工作的一個令人興奮的方面是，校正過程是自動的，并且與信號一起傳播，因此可以實時校正圖案化光，而不需要知道干擾是什么，也不需要使用其他更復(fù)雜的步驟重新應(yīng)用相同的像差。這使得一個現(xiàn)成的緊湊解決方案可以集成到使用這些結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，用于從通信到成像和光學(xué)捕獲的各種應(yīng)用。

作為該過程的副產(chǎn)品，具有與不同波長進行通信和檢測的額外優(yōu)勢；例如，用眼睛安全波長發(fā)送信息，或在穿透波長下詢問生物樣本，同時在技術(shù)發(fā)展良好的觀察波長下進行檢測。

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論文鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.6.2.026003