サウスアフリカ大学、歪のないストラクチャードライト

March, 17, 2023, Johannesburg--伝送媒体における乱れは、ストラクチャードライトにとって振幅と位相歪の原因となるので、物理学者は、その歪を修正する様々な補正技術を開発してきた。しかし、最初に注意深く設計された形状を失わないストラクチャードライトの形が望ましい。

南アフリカ大学研究者は、乱れた伝送チャネルを透過するストラクチャードライトの一定の形式が、その位相と振幅を維持することを実証した。(Adv. Photon., doi: 10.1117/1.AP.5.1.016006).
研究チームは、これらのストラクチャードライトの状態を「大気乱流の真の固有モード」と呼んでおり、その不変性を理論と実験の両面でテストした。

チームは、これらのストラクチャードライトを開放空間で調べたが、その結果は、他の形式の伝送媒体の長距離パスに拡張可能と考えている。

歪除去の必要性
ストラクチャードライト、あらゆる自由度で調整された電磁信号は、超解像度顕微鏡から量子コンピューティングまでのアプリケーションで極めて有望である。例えば、研究者は、軌道角運動量をもつ光を光通信システムの設計拡張した。とは言え、開放空間の乱気流によって生ずる信号歪の除去は、結論が出ていない。

Optica Fellow Andrew Forbesおよびウイットウオータースランド大学(University of the Witwatersrand)の同氏のチームは、伝送チャネルの歪が、光ビームで数学的演算子として扱えることに気づいた。また、チームは、その演算子にとって不変なビーム形状を計算できることを理解した。言い換えると、ビームは乱流の固有モードである。

トモグラフィック数値シミュレーション
数学を解いた後、Forbesとチームは、長距離、乱流フリースペースパスでストラクチャードライト伝送のトモグラフィック数値シミュレーションを行った。光は数kmを進むのにナノ秒しかからないが、大気乱流は、一般にミリ秒時間スケールで変わるので、媒体の歪は、ストラクチャードライトに凍り付いたように見える。

その光の不変性をテストするためにグループは、633-nm波長He-Neレーザビームをコリメートしたレズと位相マスクを通して送り、弱い、中程度、強力な乱流をシミュレートした。

「この研究で素晴らしいことは、複雑なシステムで複雑な光を調べる新しいアプローチが開けたことである。例えば、古典的、量子光を光ファイバ、水中チャネル、生きた組織あるいは他の異常なシステム伝送する際である」と同氏はコメントしている。