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维也纳研究人员开发新型激光测量方法 可攻克复杂介质数据收集难题

来自乌特勒支大学(荷兰)和维也纳技术大学(奥地利维也纳)的研究人员利用数学程序开发了一种基于激光的测量方法,可以用来从测试数据中计算出最佳波,用于无序和复杂的介质的数据收集。

一般来说,这种测量需要有关物体的清晰、无障碍的视图。比如在生物医学中,科研人员需要检查结构,然而这些结构却会嵌入到不规则的复杂环境中。在那样的环境中,激光束会发生偏转、散射和折射,因此通常无法从测量中获得有用数据。

研究人员使用一块浑浊的玻璃板测试了这项技术。乌特勒支大学的Allard Mosk说:"光可以通过玻璃,但无法直线通过。一块玻璃板,它并不是像看上去那样完全透明,而是像浴室的窗户一样粗糙和不抛光。光波通过玻璃时会被改变和散射,所以我们无法用肉眼准确地看到窗户另一边的物体。"

这个情况与检查生物组织内的微小物体非常相似:杂乱的环境会干扰光束。简单、规则、笔直的激光束就变成了复杂的波形,向各个方向偏转。可是,如果你确切地知道干扰环境会对光束造成什么影响,则可以逆转这种情况:然后有可能创造出一种复杂的波形,而不是简单、笔直的激光束,该激光束可以根据受到的干扰和撞击转化为所需的形状,从而带来最佳的效果。

在表征介质的散射行为时,研究人员能够计算出分析玻璃后面物体的最佳波,并得到了可以精确到纳米范围的信息。为了测试该技术的极限,研究人员大幅减少了光子的数量。他们发现,他们仍然能够得到精确的结果,这个结果在物理意义上甚至是最佳的。

Mosk说:"我们看到,我们的方法的精度只受到所谓的量子噪声的限制。这种噪声来自于光由光子组成的事实,我们对此对此无能为力。但在量子物理学允许我们对相干激光束所做的限制内,我们实际上可以计算出最佳的波来测量不同的东西--不仅是位置,而且是物体的运动或旋转方向。"

这个研究的意义在于,科学家门找到了一种方法,可以专门修改激光束,以便在复杂、无序的环境中准确地传递所需的信息,不仅是近似地传递信息,而且能以物理上的最佳方式传递信息。

这项新技术可能的应用领域包括:微生物学以及计算机芯片的生产,在这些领域中极其精确的测量都是必要的。

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