相干熵揭开光场行为的新奥秘

从高速互联网到先进的医学成像，光技术是许多尖端创新技术的核心。然而，在湍流大气或变形光学系统等具有挑战性的环境中传输光线一直是一个重大障碍。这些复杂性会扭曲和破坏光场，从而难以获得清晰可靠的结果。长期以来，科学家们一直在寻找克服这些限制的方法，而一项新的突破可能是推动实际应用的关键。

据《先进光子学》（Advanced Photonics）杂志报道，苏州大学的研究人员在了解光如何在复杂多变的介质中传播方面取得了重大进展。这一突破将彻底改变从光通信到先进成像技术等各种应用。

在光学领域，复杂介质引起的光场变形、闪烁和漂移一直限制着实际应用。苏州大学团队利用相干熵概念引入了一种新方法来解决这一问题。

相干熵是对光的统计特性（即相干性）的测量，它提供了受随机波动影响的光场的全局特征。传统上，对光的相干性进行表征既复杂又难以量化。研究小组成功地将正交模态分解应用于部分相干光束，从而引入了相干熵作为可靠的度量指标。

他们的研究发现，相干熵在光通过单元系统传播的过程中保持稳定，即使面对复杂和变形的光学环境也是如此。这种一致性表明，相干熵可以作为非理想条件下光场行为的可靠指标。

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非相干模态分解示意图

研究小组通过研究相干熵在部分相干光束穿过各种变形光学系统和湍流介质时的有效性，证明了相干熵的实用性。结果表明，相干熵具有弹性，仍然是评估光场在挑战性条件下性能的可靠指标。

通讯作者、首席研究员Chengliang Zhao博士说：“这项研究是我们预测和控制光线在复杂环境中传播能力的重大飞跃，相干熵作为全局相干特性的引入，为定制光场以提高其在实际应用中的性能开辟了新的可能性。”

这项研究意义深远。从增强必须穿过大气湍流的光通信系统，到推进依赖穿过扭曲介质的光场的成像技术，相干熵都可能成为科学家和工程师的重要工具。

通过提供一种更可靠的方法来评估和管理非理想条件下的光场，这项研究为在各种科学和实用领域更广泛、更有效地利用低相干性光场铺平了道路。

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论文链接：https://dx.doi.org/10.1117/1.AP.6.4.046002