打破光學(xué)壁壘：相干熵的力量

科學(xué)家們?cè)谘芯抗庠趶?fù)雜介質(zhì)中的傳播方面取得了突破性進(jìn)展，有可能給光通信和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變革。

通過(guò)引入相干熵的概念（一種評(píng)估光行為的新指標(biāo)），他們?yōu)樵诰哂刑魬?zhàn)性的環(huán)境中管理光場(chǎng)提供了一種可靠的工具。這項(xiàng)研究可以大大提高依賴光的系統(tǒng)的性能，尤其是在傳統(tǒng)方法因介質(zhì)失真而失效的情況下。

圖片:Partially-Coherent-Light-Superimposed-by-Incoherent-Modes.png

部分相干光在穿過(guò)復(fù)雜介質(zhì)時(shí)與非相干模式疊加的藝術(shù)渲染。

從高速互聯(lián)網(wǎng)到先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像，光技術(shù)是許多尖端創(chuàng)新技術(shù)的核心。然而，在湍流大氣或變形光學(xué)系統(tǒng)等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中傳輸光始終是一個(gè)重大障礙。這些復(fù)雜性會(huì)扭曲和破壞光場(chǎng)，從而難以獲得清晰可靠的結(jié)果。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找克服這些限制的方法，而一項(xiàng)新的突破可能是推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。

在研究光傳播方面的突破

據(jù)《先進(jìn)光子學(xué)》（Advanced Photonics）雜志報(bào)道，蘇州大學(xué)的研究人員在理解光如何在復(fù)雜多變的介質(zhì)中傳播方面取得了重大進(jìn)展。這一突破將徹底改變從光通信到先進(jìn)成像技術(shù)等各種應(yīng)用。

在光學(xué)領(lǐng)域，復(fù)雜介質(zhì)引起的光場(chǎng)變形、閃爍和漂移一直限制著實(shí)際應(yīng)用。蘇州大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用相干熵概念引入了一種新方法來(lái)解決這一問(wèn)題。

相干熵是對(duì)光的統(tǒng)計(jì)特性（即相干性）的測(cè)量，它提供了受隨機(jī)波動(dòng)影響的光場(chǎng)的全局特征。傳統(tǒng)上，對(duì)光的相干性進(jìn)行表征既復(fù)雜又難以量化。研究團(tuán)隊(duì)成功地將正交模態(tài)分解應(yīng)用于部分相干光束，從而引入了相干熵作為可靠的度量指標(biāo)。

復(fù)雜介質(zhì)中相干熵的穩(wěn)定性

他們的研究發(fā)現(xiàn)，相干熵在光通過(guò)單元系統(tǒng)傳播的過(guò)程中保持穩(wěn)定，即使面對(duì)復(fù)雜和變形的光學(xué)環(huán)境也是如此。這種一致性表明，相干熵可以作為非理想條件下光場(chǎng)行為的可靠指標(biāo)。

研究小組通過(guò)研究相干熵在部分相干光束穿過(guò)各種變形光學(xué)系統(tǒng)和湍流介質(zhì)時(shí)的有效性，證明了相干熵的實(shí)用性。結(jié)果表明，相干熵具有彈性，仍然是評(píng)估光場(chǎng)在挑戰(zhàn)性條件下性能的可靠指標(biāo)。

通訊作者、首席研究員趙承良博士說(shuō)：“這項(xiàng)研究是我們預(yù)測(cè)和控制光線在復(fù)雜環(huán)境中傳播能力的重大飛躍。相干熵作為全局相干特性的引入，為定制光場(chǎng)以提高其在實(shí)際應(yīng)用中的性能開(kāi)辟了新的可能性。”

對(duì)光通信和成像的更廣泛影響

這項(xiàng)研究的影響是深遠(yuǎn)的。從增強(qiáng)必須穿過(guò)大氣湍流的光通信系統(tǒng)，到推進(jìn)依賴穿過(guò)扭曲介質(zhì)的光場(chǎng)的成像技術(shù)，相干熵都可能成為科學(xué)家和工程師的重要工具。

通過(guò)提供一種更可靠的方法來(lái)評(píng)估和管理非理想條件下的光場(chǎng)，這項(xiàng)研究為在各種科學(xué)和實(shí)用領(lǐng)域更廣泛、更有效地利用低相干性光場(chǎng)鋪平了道路。

論文鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.6.4.046002