Точная технология измерения оптической когерентной структуры случайных источников света.
Оптические манипуляции и приложения охватывают множество областей, таких как физика, информация, материалы и науки о жизни. Он был включен в основные инженерные проекты и проекты национальной «14-й пятилетки». Чтобы лучше продвигать манипулирование и применение световых лучей, жизненно важно разработать технологии точного измерения оптических параметров (таких как интенсивность, фаза, поляризация и частота и т. д.), что также является интересной темой.
По сравнению с полностью когерентным лучом, частично когерентные лучи, рассматриваемые как динамические случайные световые поля, более устойчивы в сложных условиях. Амплитуда и фаза случайных световых полей случайным образом колеблются во времени.
Примечательно, что ценная информация заключена в статистических свойствах случайных световых полей. Оптическая когерентная структура случайного электрического поля как статистический параметр второго порядка может определять поведение эволюции пучка, распределение интенсивности в дальней зоне и взаимодействие света с веществом.
До сих пор случайные источники света с заданными оптическими когерентными структурами находили применение в когерентной томографии , фантомных изображениях, изображениях со сверхвысоким разрешением и оптической связи в свободном пространстве. Недавно также было предложено использовать когерентную структуру случайных источников света в качестве носителя информации для высоконадежного шифрования и надежного изображения в дальней зоне. Быстрое развитие исследований, связанных с оптическими когерентными структурами, в свою очередь требует точных измерений оптических когерентных структур.
Чтобы полностью восстановить оптическую когерентную структуру как сложную функцию, мы должны точно измерить их действительную и мнимую части (или амплитуду и фазу) одновременно. Структура оптической когерентности традиционно измерялась с помощью интерференционного эксперимента Юнга, в котором ее величина и фаза могут быть предсказаны на основе видимости и положения полос соответственно. Однако в этом эксперименте учитываются только две точки положения.
Полная характеристика структуры оптической когерентности требует независимого сканирования каждой точки в плоскости луча, что требует значительного времени и усилий. Были предложены улучшения этого эксперимента, такие как интерферометры сгиба волнового фронта, подход в фазовом пространстве и голография с самореференцией, эффект Хэнбери Брауна и Твисса (HBT) и обобщенный эффект HBT были разработаны для измерения структур оптической когерентности.
Эти методы включают сложную, чувствительную к смещению и вибрации установку или ограничиваются гауссовой оптической статистикой. Несмотря на все усилия, измерение сложной структуры оптической когерентности остается открытой и сложной задачей.
Недавно исследовательская группа профессора Янцзяня Цая из Шаньдунского педагогического университета предложила надежный, удобный и быстрый протокол для точного измерения структур оптической когерентности случайных оптических полей с помощью обобщенных экспериментов с пятнами Араго (или Пуассона). У него были строгие математические решения. Этот метод требовал только трижды зафиксировать интенсивность дальнего поля заблокированных случайных световых лучей и был применим к любым оптическим когерентным структурам, независимо от их типа и оптической статистики.
Этим методом были получены результаты моделирования и эксперимента для реальной и мнимой частей когерентной структуры. По сравнению с теоретическими результатами структурное сходство SSIM смоделированных и измеренных результатов выше 0,98, что убедительно продемонстрировало эффективность и точность предложенного протокола.
Кроме того, они также провели измерения источников шелловской моды и источников нешелловской моды с негауссовой оптической статистикой. Соответствующие результаты были приведены в рукописи и доказали, что этот метод не зависит от оптической статистики и типов случайных световых лучей .
С помощью этого протокола они также осуществили шифрование и дешифрование динамических оптических изображений со случайными световыми полями, в которых в качестве носителя информации использовалась функция когерентной структуры случайных световых лучей. Динамическое (перемещающееся и вращающееся) оптическое изображение «ОЭС» было зашифровано в связную структуру с помощью ключа.
В лаборатории можно расшифровать идеальное видео со скоростью 20 кадров в секунду. Эта технология имеет потенциальные применения в области оптического шифрования информации, измерения орбитального углового момента, оптической связи и т. д.
