Illuminer de nouveaux horizons : naviguer dans le non-ligne

Aug 10, 2023

Une méthode révolutionnaire exploite les ondes de diffusion non linéaires grâce à des techniques avancées de matrice de diffusion

SPIE - Société Internationale d'Optique et de Photonique

image : La méthode de matrice de diffusion contrôle la lumière non linéaire dans les milieux diffusants.Voir plus

Crédit : Xiangfeng Chen.

Dans le monde complexe de la lumière, un voyage à travers des supports inhomogènes conduit souvent à des distorsions dans l’espace, le temps, le spectre et la polarisation. Ces distorsions, préjudiciables à des applications telles que la manipulation optique, l’imagerie et la communication, constituent depuis longtemps un défi. Entrez dans l’art de la mise en forme du front d’onde (WS) – un outil puissant pour corriger ces maladies des ondes en optique linéaire. Mais ce n'est pas tout. La non-linéarité ajoute une touche supplémentaire et trouve son utilité dans des domaines allant de la détection biologique à la photothérapie. Imaginez maintenant la combinaison de ces forces – non-linéarité et WS – ouvrant les portes à un contrôle sans précédent.

Pourtant, la plupart des configurations existantes reposent sur des boucles de rétroaction itératives, gourmandes en ressources et en temps de calcul. Il existe désormais un moyen plus intelligent. Comme indiqué dans Advanced Photonics, une équipe de l'Université Jiao Tong de Shanghai (SJTU) a développé une méthode de matrice de diffusion (SM) capable de sculpter le flux lumineux avec un temps d'optimisation minimal. En prime, SM offre un aperçu des caractéristiques mésoscopiques du milieu de diffusion, dévoilant les effets de mémoire et les canaux propres de transmission.

L'équipe SJTU a poussé le concept plus loin. Ils ont déchiffré le code permettant de déterminer le SM d'un milieu de diffusion intégré à une non-linéarité quadratique. Leur méthode, utilisant une dimension SM de 256x256, est issue de l'interférométrie à quatre phases. Ils ont prouvé leur validité en amenant des signaux non linéaires vers des points simples et doubles recentrés, en utilisant la conjugaison de phase optique.

Imaginez une danse de lumière soigneusement orchestrée, où le motif de phase d'une rangée de matrice déclenche une mise au point non linéaire précise. Le résultat? La génération de somme de fréquences danse à plusieurs endroits de la région d’intérêt, chacun avec une intensité comparable et un remarquable rapport crête/fond d’environ 25.

Mais ce n'est que le début. La méthode SM permet un contrôle non linéaire de la lumière diffusée sans précédent. Les chercheurs présentent des analyses point par point le long de chemins prédéfinis, ajustant la vitesse de commutation du modèle de phase pour affiner le rythme d'analyse. Leur percée ouvre la porte à la microscopie à balayage haute résolution et au piégeage de particules à travers des milieux denses et diffusants. L'auteur correspondant Xianfeng Chen, chercheur principal au State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks à Shanghai, remarque : « L'approche à matrice de diffusion du milieu de diffusion non linéaire ouvre la voie à la récupération de signaux non linéaires, à l'imagerie non linéaire, au suivi d'objets microscopiques et traitement de l’information quantique dans un environnement complexe.

Essentiellement, ce travail réinvente la diffusion non linéaire. Ses implications couvrent la récupération de signaux non linéaires, l'imagerie microscopique et le suivi à travers des milieux de diffusion, allant même jusqu'à approfondir le domaine complexe du traitement de l'information quantique dans des environnements complexes. L’avenir de la manipulation de la lumière s’annonce étonnamment prometteur.

Pour plus de détails, lisez l'article Gold Open Access de Ni, Liu et al., « Nonlinear harmonic wave manipulation in nonlinear scattering medium via scattering-matrix method », Adv. Photon.5(4) 046010 (2023), deux 10.1117/1.AP.5.4.046010.

Photonique avancée

10.1117/1.AP.5.4.046010

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