Forskere udvikler metoder til at manipulere struktureret lys uden forvrængning

Lysets mange egenskaber gør, at det kan manipuleres og bruges til applikationer, der spænder fra meget følsomme målinger til kommunikation og intelligente måder at udspørge objekter på. En overbevisende grad af frihed er det rumlige mønster, kaldet struktureret lys, som kan minde om former som donuts og blomsterblade. For eksempel kan mønstre med forskellige antal kronblade repræsentere bogstaver i alfabetet, og når de observeres på den anden side, levere beskeden.

Desværre gør det, der gør disse mønstre følsomme for målinger, dem også modtagelige for uønskede miljøfaktorer såsom luftturbulens, aberreret optik, stressede fibre eller biologiske væv, der laver deres eget "mønster" og forvrænger strukturen. Her kan det forvrængede mønster forringes til det punkt, at outputmønsteret ikke ligner inputtet, hvilket gør dem ineffektive.

Konventionelle metoder til at korrigere dette har krævet en til at genanvende den samme forvrængning - dette kan tage form af at måle forvrængningen og anvende det omvendte eller vende forvrængningen i strålen og sende den tilbage til aberrationen, så dette kan "fortryde" sig selv i processen.

I et samarbejde mellem Sydafrika og Italien har forskere nu vist, at det er muligt at korrigere aberreret lys, der kommer ud af et støjende miljø, til at være det samme som før ved blot at parre det med en anden ustruktureret lysstråle, der oplevede den samme aberration. Ved at bruge en række optiske forvrængninger viste de, at det at føre dem sammen til en ikke-lineær krystal naturligt resulterer i lyskorrigerende lys, selv for meget komplekse former for aberrationerne, der gjorde den oprindelige struktur uigenkendelig.

Som rapporteret i Avanceret fotonik , opnåede forskerne dette ved at udnytte en proces kaldet differensfrekvensgenerering, hvor to lysstråler sendt ind i en speciel type materiale, kendt som en ikke-lineær krystal, skaber en anden stråle, som deler egenskaberne af de to input. Mest relevant er output-aberrationen forskellen mellem de to input-aberrationer, så hvis de er ens, kan lys korrigere lys - med et efterkrystaloutput, der er aberrationsfrit.

Et spændende aspekt af dette arbejde er, at korrektionen er automatisk og går med signalet, så mønstret lys kan korrigeres i realtid, uden at man behøver at vide, hvad forstyrrelsen er, eller at man skal genanvende den samme aberration med andre mere komplekse trin. Dette giver en klar og kompakt løsning, der kan integreres i systemer, der bruger disse strukturer til forskellige applikationer, lige fra kommunikation til billedbehandling og optisk fældefangst.

Som et biprodukt af processen er der en ekstra fordel ved at kommunikere og detektere med forskellige bølgelængder; for eksempel at sende information med øjensikre bølgelængder, eller forespørge biologiske prøver ved gennemtrængende bølgelængder, mens det detekteres ved bølgelængder, hvor teknologien er veludviklet til observation.

Flere oplysninger: Sachleen Singh et al., Lyskorrigerende lys med ikke-lineær optik, Avanceret fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026003

Leveret af SPIE