Ljusets många egenskaper gör att det kan manipuleras och användas för tillämpningar som sträcker sig från mycket känsliga mätningar till kommunikation och intelligenta sätt att förhöra objekt. En övertygande grad av frihet är det rumsliga mönstret, kallat strukturerat ljus, som kan likna former som munkar och blomblad. Till exempel kan mönster med olika antal kronblad representera bokstäver i alfabetet, och när de observeras på andra sidan, leverera meddelandet.

Tyvärr, det som gör dessa mönster känsliga för mätningar gör dem också mottagliga för oönskade miljöfaktorer som luftturbulens, aberrerad optik, stressade fibrer eller biologiska vävnader som gör sitt eget "mönster" och förvränger strukturen. Här kan det förvrängda mönstret försämras till den grad att utmatningsmönstret inte liknar ingången, vilket gör dem ineffektiva.

Konventionella metoder för att korrigera detta har behövt en för att applicera samma distorsion igen – detta kan ta formen av att mäta distorsionen och applicera det omvända eller vända distorsionen i strålen och skicka tillbaka den till aberrationen, vilket gör att detta kan "ångra" sig själv i processen.

I ett samarbete mellan Sydafrika och Italien har forskare nu visat att det är möjligt att korrigera aberrerat ljus som kommer ut från en bullrig miljö till att vara detsamma som tidigare genom att helt enkelt para ihop det med en annan ostrukturerad ljusstråle som upplevde samma aberration. Med hjälp av en rad optiska distorsioner visade de att om de sammanförs till en icke-linjär kristall naturligt resulterar i ljuskorrigerande ljus, även för mycket komplexa former av aberrationerna som gjorde den ursprungliga strukturen oigenkännlig.

Som rapporterats i Avancerad fotonik , uppnådde forskarna detta genom att utnyttja en process som kallas differensfrekvensgenerering, där två ljusstrålar som skickas in i en speciell typ av material, känd som en olinjär kristall, skapar en annan stråle som delar egenskaperna hos de två ingångarna. Det mest relevanta är att utgående aberration är skillnaden mellan de två ingångsavvikelserna, så att om de är desamma kan ljus korrigera ljus – med en efterkristallutgång som är fri från aberration.

En spännande aspekt av detta arbete är att korrigeringen sker automatiskt och följer med signalen så att mönstrat ljus kan korrigeras i realtid, utan att man behöver veta vad störningen är eller att man behöver applicera samma aberration igen med andra mer komplexa steg. Detta ger en färdig och kompakt lösning som kan integreras i system som använder dessa strukturer för olika tillämpningar, allt från kommunikation till bildbehandling och optisk fällning.

Som en biprodukt av processen finns det en extra fördel med att kommunicera och detektera med olika våglängder; till exempel att skicka information med ögonsäkra våglängder, eller förhöra biologiska prover vid penetrerande våglängder, samtidigt som de detekterar vid våglängder där tekniken är väl utvecklad för observation.

Mer information: Sachleen Singh et al, Ljuskorrigerande ljus med icke-linjär optik, Avancerad fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026003

Tillhandahålls av SPIE