Präzises Navigieren durch nichtlineare Streuung

In der komplexen Welt des Lichts führt eine Reise durch inhomogene Medien oft zu Verzerrungen in Raum, Zeit, Spektrum und Polarisation. Diese Verzerrungen, die sich nachteilig auf Anwendungen wie optische Manipulation, Bildgebung und Kommunikation auswirken, stellen seit langem eine Herausforderung dar. Betreten Sie die Kunst der Wellenfrontformung (WS) – ein wirksames Werkzeug zur Korrektur dieser Wellenkrankheiten in der linearen Optik. Aber das ist nicht alles. Nichtlinearität fügt eine Wendung hinzu und findet ihren Zweck in Bereichen von der biologischen Sensorik bis zur Phototherapie. Stellen Sie sich nun vor, dass die Kombination dieser Kräfte – Nichtlinearität und WS – Türen zu einer beispiellosen Kontrolle öffnet.

Dennoch basieren die meisten existierenden Setups auf iterativen Rückkopplungsschleifen, was Rechenressourcen und Zeit verschlingt. Es gibt jetzt einen intelligenteren Weg. Wie berichtet in Fortgeschrittene Photonikhat ein Team der Shanghai Jiao Tong University (SJTU) eine Streumatrix-Methode (SM) entwickelt, die in der Lage ist, die Lichtleistung mit minimaler Optimierungszeit zu formen. Als Bonus bietet SM Einblicke in die mesoskopischen Eigenschaften des Streumediums und enthüllt Memory-Effekte und Übertragungseigenkanäle.

Das SJTU-Team hat das Konzept weiterentwickelt. Sie haben den Code geknackt, um den SM eines Streumediums zu bestimmen, in das quadratische Nichtlinearität eingebettet ist. Ihre Methode, die eine SM-Dimension von 256 x 256 verwendet, geht auf die Vierphaseninterferometrie zurück. Sie haben seine Gültigkeit bewiesen, indem sie nichtlineare Signale mithilfe optischer Phasenkonjugation in refokussierte Einzel- und Doppelpunkte überführt haben.

Stellen Sie sich einen sorgfältig orchestrierten Lichttanz vor, bei dem das Phasenmuster einer Matrixreihe einen präzisen nichtlinearen Fokus auslöst. Das Ergebnis? Die Summenfrequenzerzeugung tanzt an mehreren Stellen im interessierenden Bereich, jeder mit vergleichbarer Intensität und einem bemerkenswerten Spitzen-zu-Hintergrund-Verhältnis von etwa 25.

Aber das ist erst der Anfang. Die SM-Methode bietet eine beispiellose nichtlineare Streulichtsteuerung. Die Forscher zeigen Punkt-für-Punkt-Scans entlang vordefinierter Pfade und passen die Geschwindigkeit des Phasenmusterwechsels an, um die Scangeschwindigkeit zu optimieren. Ihr Durchbruch eröffnet den Zugang zur hochauflösenden Rastermikroskopie und zum Einfangen von Partikeln durch dichte, streuende Medien.

Der korrespondierende Autor Xianfeng Chen, Hauptforscher am State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks in Shanghai, sagt: „Der Streumatrix-Ansatz des nichtlinearen Streumediums eröffnet einen Weg zur nichtlinearen Signalwiederherstellung, nichtlinearen Bildgebung, mikroskopischen Objektverfolgung usw.“ Quanteninformationsverarbeitung in komplexen Umgebungen.

Im Wesentlichen stellt sich diese Arbeit die nichtlineare Streuung neu vor. Seine Auswirkungen umfassen nichtlineare Signalwiederherstellung, mikroskopische Bildgebung und Verfolgung durch Streumedien und tauchen sogar in den komplizierten Bereich der Quanteninformationsverarbeitung in komplexen Umgebungen ein. Die Zukunft der Lichtmanipulation sieht erstaunlich rosig aus.