一种不失真操纵结构光的方法

光的许多特性使其能够被操纵，并用于从非常敏感的测量到通信以及询问物体的智能方法等各种应用。一种引人注目的自由度是空间模式，称为结构光，它可以类似于甜甜圈和花瓣等形状。例如，具有不同花瓣数量的图案可以代表字母表中的字母，当从另一侧观察时，可以传递信息。

不幸的是，这些模式对测量敏感的原因也使它们容易受到不必要的环境因素的影响，如空气湍流、光学畸变、应力纤维或生物组织进行自己的“图案化”并扭曲结构。在这里，扭曲的图案会恶化到输出图案看起来与输入完全不同的程度，使它们无效。

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（a） 通过使用光来校正光来校正像差状态的概念。（b） 用于应用和校正DFG结构模态失真的实验装置。

纠正这一问题的传统方法需要重新应用相同的失真——这可以采用测量失真并应用反向失真的形式，或者在光束中反转失真并将其重新发送回像差，从而在这个过程中“撤销”它本身。

在南非和意大利的合作中，研究人员现在表明，通过简单地将其与另一束经历相同像差的非结构化光束配对，可以纠正来自嘈杂环境的像差光，使其与之前相同。通过一系列光学畸变，他们表明，将它们一起传入非线性晶体中，自然会导致光纠正光，即使对于使初始结构无法识别的非常复杂的像差形式也是如此。

正如《先进光子学》（Advanced Photonics）报道的那样，研究人员通过利用一种称为差频发生的过程实现了这一目标，在该过程中，将两束光射入一种称为非线性晶体的特殊材料中，产生另一束具有两个输入特性的光束。最相关的是，输出像差是两个输入像差的差值，因此如果它们相同，则光可以校正光——具有无像差的晶体后输出。

这项工作的一个令人兴奋的方面是，校正过程是自动的，并且与信号一起传播，因此可以实时校正图案化光，而不需要知道干扰是什么，也不需要使用其他更复杂的步骤重新应用相同的像差。这使得一个现成的紧凑解决方案可以集成到使用这些结构的系统中，用于从通信到成像和光学捕获的各种应用。

作为该过程的副产品，具有与不同波长进行通信和检测的额外优势；例如，用眼睛安全波长发送信息，或在穿透波长下询问生物样本，同时在技术发展良好的观察波长下进行检测。

相关链接：https://phys.org/news/2024-03-method-distortion.html

论文链接：https://doi.org/10.1117/1.AP.6.2.026003