Illuminare nuovi orizzonti: navigare non in linea

Aug 10, 2023

Il metodo rivoluzionario sfrutta le onde di scattering non lineari attraverso tecniche avanzate di matrice di scattering

SPIE-Società Internazionale di Ottica e Fotonica

immagine: il metodo della matrice di diffusione controlla la luce non lineare nei mezzi di diffusione.vedere di più

Credito: Xiangfeng Chen.

Nell’intricato mondo della luce, un viaggio attraverso mezzi disomogenei spesso porta a distorsioni nello spazio, nel tempo, nello spettro e nella polarizzazione. Queste distorsioni, dannose per applicazioni come la manipolazione ottica, l’imaging e la comunicazione, rappresentano da tempo una sfida. Entra nell'arte del wavefront shaping (WS), un potente strumento per correggere queste malattie delle onde nell'ottica lineare. Ma non è tutto. La non linearità aggiunge una svolta, trovando scopo in campi che vanno dal rilevamento biologico alla fototerapia. Ora, immaginate di combinare queste forze – non linearità e WS – aprendo le porte a un controllo senza precedenti.

Tuttavia, la maggior parte delle configurazioni esistenti si basa su cicli di feedback iterativi, che consumano risorse computazionali e tempo. Adesso c'è un modo più intelligente. Come riportato su Advanced Photonics, un team dell’Università Jiao Tong di Shanghai (SJTU) ha sviluppato un metodo della matrice di diffusione (SM) in grado di scolpire l’emissione luminosa con un tempo di ottimizzazione minimo. Come bonus, SM offre approfondimenti sui tratti mesoscopici del mezzo di diffusione, svelando effetti di memoria e autocanali di trasmissione.

Il team SJTU ha portato il concetto oltre. Hanno decifrato il codice per determinare l'SM di un mezzo di diffusione incorporato con non linearità quadratica. Il loro metodo, utilizzando una dimensione 256x256 SM, emerge dall'interferometria a quattro fasi. Ne hanno dimostrato la validità convogliando segnali non lineari in punti singoli e doppi rifocalizzati, utilizzando la coniugazione di fase ottica.

Immagina una danza di luce attentamente orchestrata, in cui lo schema di fase di una riga di matrice attiva una precisa messa a fuoco non lineare. Il risultato? La generazione della somma delle frequenze danza in più punti nella regione di interesse, ciascuno con intensità comparabile e un notevole rapporto picco-fondo di circa 25.

Ma questo è solo l'inizio. Il metodo SM esercita un controllo della luce diffusa non lineare senza precedenti. I ricercatori mostrano scansioni punto per punto lungo percorsi predefiniti, regolando la velocità di commutazione del modello di fase per ottimizzare il ritmo di scansione. La loro innovazione apre la strada alla microscopia a scansione ad alta risoluzione e all’intrappolamento delle particelle attraverso mezzi densi e dispersi. L'autore corrispondente Xianfeng Chen, ricercatore principale presso il State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks di Shanghai, osserva: "L'approccio della matrice di scattering del mezzo di diffusione non lineare apre un percorso verso il recupero del segnale non lineare, l'imaging non lineare, il tracciamento di oggetti microscopici e elaborazione di informazioni quantistiche in ambienti complessi”.

In sostanza, questo lavoro reinventa la dispersione non lineare. Le sue implicazioni spaziano dal recupero non lineare del segnale, all'imaging microscopico e al tracciamento attraverso mezzi di diffusione, approfondendo anche l'intricato regno dell'elaborazione delle informazioni quantistiche all'interno di ambienti complessi. Il futuro della manipolazione della luce sembra sorprendentemente luminoso.

Per i dettagli, leggere l'articolo Gold Open Access di Ni, Liu, et al., "Manipolazione delle onde armoniche non lineari nel mezzo di scattering non lineare tramite il metodo della matrice di scattering", Adv. Fotone.5(4) 046010 (2023), due 10.1117/1.AP.5.4.046010.

Fotonica avanzata

10.1117/1.AP.5.4.046010

Manipolazione delle onde armoniche non lineari nel mezzo di scattering non lineare tramite il metodo della matrice di scattering

31 agosto 2023

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