Kohärenz-Entropie liefert neue Einblicke in das Verhalten von Lichtfeldern

Lichttechnologie ist das Herzstück vieler bahnbrechender Innovationen, vom Hochgeschwindigkeitsinternet bis hin zu fortschrittlicher medizinischer Bildgebung. Die Übertragung von Licht durch anspruchsvolle Umgebungen wie turbulente Atmosphären oder deformierte optische Systeme stellte jedoch schon immer eine erhebliche Hürde dar. Diese Komplexitäten können das Lichtfeld verzerren und stören, wodurch es schwierig wird, klare und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Wissenschaftler suchen seit langem nach Wegen, diese Einschränkungen zu überwinden, und ein neuer Durchbruch könnte der Schlüssel zur Weiterentwicklung praktischer Anwendungen sein.

Wie berichtet In Fortgeschrittene Photonikhaben Forscher der Soochow University einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis des Verhaltens von Licht bei der Reise durch komplexe und fluktuierende Medien erzielt. Dieser Durchbruch könnte verschiedene Anwendungen revolutionieren, von der optischen Kommunikation bis hin zu fortschrittlichen Bildgebungstechniken.

Im Bereich der Optik haben die durch komplexe Medien verursachten Verformungen, Flackern und Driften von Lichtfeldern bisher nur begrenzte praktische Anwendungsmöglichkeiten. Das Team der Soochow University hat einen neuartigen Ansatz zur Lösung dieses Problems vorgestellt, indem es ein Konzept namens Kohärenz-Entropie nutzt.

Die Kohärenz-Entropie, ein Maß für die statistische Eigenschaft des Lichts, die als Kohärenz bezeichnet wird, ermöglicht eine globale Charakterisierung von Lichtfeldern, die zufälligen Schwankungen unterliegen. Die Charakterisierung der Kohärenz von Licht war bisher komplex und schwer zu quantifizieren. Das Forschungsteam hat die orthogonale Modalzerlegung erfolgreich auf teilweise kohärente Strahlen angewendet und so die Kohärenz-Entropie als zuverlässige Messgröße eingeführt.

Ihre Studie ergab, dass die Kohärenz-Entropie während der Ausbreitung von Licht durch ein einheitliches System stabil bleibt, selbst in komplexen und deformierten optischen Umgebungen. Diese Konsistenz lässt darauf schließen, dass die Kohärenz-Entropie ein robuster Indikator für das Verhalten von Lichtfeldern unter nicht idealen Bedingungen sein kann.

Das Team demonstrierte den praktischen Nutzen der Kohärenz-Entropie, indem es ihre Wirksamkeit bei teilweise kohärenten Strahlen untersuchte, die sich durch verschiedene deformierte optische Systeme und turbulente Medien bewegten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kohärenz-Entropie widerstandsfähig ist und weiterhin ein verlässliches Maß für die Bewertung der Leistung von Lichtfeldern unter schwierigen Bedingungen darstellt.

„Diese Forschung stellt einen großen Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, die Lichtausbreitung durch komplexe Umgebungen vorherzusagen und zu steuern“, sagte der korrespondierende Autor Dr. Chengliang Zhao, der leitende Forscher. „Die Einführung der Kohärenz-Entropie als globale Kohärenz-Eigenschaft eröffnet neue Möglichkeiten zur Anpassung von Lichtfeldern, um ihre Leistung in realen Anwendungen zu verbessern.“

Die Auswirkungen dieser Studie sind weitreichend. Von der Verbesserung optischer Kommunikationssysteme, die trotz atmosphärischer Turbulenzen funktionieren müssen, bis hin zur Weiterentwicklung von Bildgebungstechnologien, die auf Lichtfeldern basieren, die sich durch verzerrte Medien bewegen, könnte die Kohärenz-Entropie für Wissenschaftler und Ingenieure gleichermaßen zu einem entscheidenden Werkzeug werden.

Indem diese Forschung eine zuverlässigere Methode zur Bewertung und Verwaltung von Lichtfeldern unter nicht idealen Bedingungen bietet, ebnet sie den Weg für eine breitere und effektivere Nutzung von Lichtfeldern mit geringer Kohärenz in verschiedenen wissenschaftlichen und praktischen Bereichen.