相干熵揭開光場行為的新奧秘

從高速互聯網到先進的醫(yī)學成像，光技術是許多尖端創(chuàng)新技術的核心。然而，在湍流大氣或變形光學系統(tǒng)等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中傳輸光線一直是一個重大障礙。這些復雜性會扭曲和破壞光場，從而難以獲得清晰可靠的結果。長期以來，科學家們一直在尋找克服這些限制的方法，而一項新的突破可能是推動實際應用的關鍵。

據《先進光子學》（Advanced Photonics）雜志報道，蘇州大學的研究人員在了解光如何在復雜多變的介質中傳播方面取得了重大進展。這一突破將徹底改變從光通信到先進成像技術等各種應用。

在光學領域，復雜介質引起的光場變形、閃爍和漂移一直限制著實際應用。蘇州大學團隊利用相干熵概念引入了一種新方法來解決這一問題。

相干熵是對光的統(tǒng)計特性（即相干性）的測量，它提供了受隨機波動影響的光場的全局特征。傳統(tǒng)上，對光的相干性進行表征既復雜又難以量化。研究小組成功地將正交模態(tài)分解應用于部分相干光束，從而引入了相干熵作為可靠的度量指標。

他們的研究發(fā)現，相干熵在光通過單元系統(tǒng)傳播的過程中保持穩(wěn)定，即使面對復雜和變形的光學環(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行為的可靠指標。

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非相干模態(tài)分解示意圖

研究小組通過研究相干熵在部分相干光束穿過各種變形光學系統(tǒng)和湍流介質時的有效性，證明了相干熵的實用性。結果表明，相干熵具有彈性，仍然是評估光場在挑戰(zhàn)性條件下性能的可靠指標。

通訊作者、首席研究員Chengliang Zhao博士說：“這項研究是我們預測和控制光線在復雜環(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，為定制光場以提高其在實際應用中的性能開辟了新的可能性�！�

這項研究意義深遠。從增強必須穿過大氣湍流的光通信系統(tǒng)，到推進依賴穿過扭曲介質的光場的成像技術，相干熵都可能成為科學家和工程師的重要工具。

通過提供一種更可靠的方法來評估和管理非理想條件下的光場，這項研究為在各種科學和實用領域更廣泛、更有效地利用低相干性光場鋪平了道路。

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