La luz transmitida en un medio distorsionado puede parecer no distorsionada

Una impresión artística de una luz vectorial compleja que pasa a través de algunos medios complejos distorsionados y cambia de alguna manera. El patrón de luz representa el estado de polarización. Los medios complejos que se muestran en el interior incluyen tejido vivo, fibras ópticas submarinas y transporte a través de la atmósfera. Crédito: Universidad Wits

Un equipo liderado por investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica, con colaboradores de la Universidad de Pretoria (Sudáfrica), así como de México y Escocia, ha realizado un nuevo descubrimiento sobre cómo se comporta la luz en medios y medios complejos. . Tiende a distorsionar la luz significativamente. Muestran que la «distorsión» es una cuestión de perspectiva, estableciendo una regla simple que se aplica a toda la luz y una amplia gama de medios, incluidas las fibras ópticas submarinas, la transmisión atmosférica e incluso a través de muestras biológicas vivas.


Su nuevo enfoque cuantitativo del problema resuelve un debate siempre presente sobre si algunas formas de luz son poderosas o no, corrigiendo algunos conceptos erróneos en la sociedad. Lo que es más importante, el trabajo muestra que toda luz tiene una propiedad que permanece inalterable, una percepción que contiene la clave para revelar el resto de lo que se percibe. distorsión. Para validar los resultados, el equipo demostró una transmisión robusta a través de sistemas altamente distorsionados, utilizando el resultado para una comunicación sin errores a través de canales ruidosos.

Fotónica de la naturaleza La investigación del equipo dirigido por el profesor Andrew Forbes de la Escuela de Física de la Universidad de Wits se ha publicado hoy en línea. En su artículo, el equipo explica las reglas simples que rigen la propagación de la luz intrincadamente compleja. medios de comunicación. Primero, encuentran que todos estos medios se pueden procesar de la misma manera y que el análisis no depende del tipo de luz utilizada. Anteriormente, cada elección de medios y rayo de luz Fueron tratados como un caso especial, y ya no es así: la nueva teoría general lo cubre todo. En segundo lugar, muestran que a pesar de la distorsión, hay una propiedad de la luz, su «movimiento», que permanece sin cambios y es constante para los medios. Esto siempre es cierto y nunca se ha notado antes. Tiene la clave para explotar la luz incluso en condiciones menos que ideales.

Si pasa la luz a través de un medio imperfecto, como la atmósfera, se distorsiona. Por ejemplo, el efecto de los espejismos que brillan cerca de carreteras calientes o el parpadeo de las estrellas son dos ejemplos de luz distorsionada por la turbulencia atmosférica. A veces, la luz también puede distorsionarse intencionalmente, como los espejos en una feria de diversión que te hacen parecer más alto, más delgado o más redondo. En este caso, todos entendemos que la distorsión es solo una cuestión de perspectiva: una mirada rápida a nosotros mismos sin un espejo revela la verdad, pero ¿es esto también cierto en otros sistemas de distorsión? ¿Hay alguna manera de mirar la luz hasta que desaparezca la distorsión? El equipo de Wits liderado por inteligencia demostró que, sí, algunas características nunca se distorsionan, mientras que otras pueden desintegrarse mediante un cambio de perspectiva.

La pregunta es ¿cómo entendemos lo que le sucede a la luz, cómo se distorsiona y cómo encontramos la nueva perspectiva? Para responder a estas preguntas, el equipo utilizó la forma más general de luz vectorial. La luz tiene un campo eléctrico que puede cambiar de dirección a lo largo del campo, a veces apuntando hacia arriba, abajo, izquierda, derecha, etc. La «vectoridad» de la luz es cómo se mezcla la dirección del campo eléctrico de la luz. En otras palabras, es una medida de cuán similares son las direcciones de los campos eléctricos de luz en diferentes lugares: si son iguales en todas partes (homogéneos), entonces el valor es 0, y si son diferentes en todos lados (no homogéneos) entonces es 1. Esta homogeneidad direccional nunca cambia, incluso si el patrón del campo eléctrico cambia. La razón está implícita en los estados de entrelazamiento cuántico, un tema que parece tener poco en común con las distorsiones ópticas. El nuevo descubrimiento es posible aplicando herramientas del mundo cuántico al mundo de las distorsiones ópticas.

«Lo que encontramos es que la transmisión es la única característica de la luz que no cambia cuando pasa a través de cualquier medio complejo», dice el profesor Andrew Forbes, de la Escuela de Física Wits. «Esto significa que tenemos algo especial que se puede aprovechar al usar la luz para comunicaciones o detección».

«Este es un aspecto especial del patrón de luz: cómo se ve el patrón de polarización», dice Forbes. «Polarización» es solo una forma elegante de describir la dirección del campo eléctrico que forma la luz. El patrón también está distorsionado, pero su naturaleza intrínseca (homogénea o heterogénea) no lo está. «

El enfoque del equipo permite a los investigadores determinar cómo corregir cualquier distorsión a través de los medios de una manera que no cuesta luz. En otras palabras, no hay pérdida.

«Demostramos que, aunque la luz está muy distorsionada, la distorsión es solo una cuestión de perspectiva. Uno puede ver la luz de tal manera que recupera sus propiedades originales ‘sin distorsiones'». luz En medios complejos se entiende universalmente por reglas muy simples”.

Por ejemplo, simplemente cambiando la forma en que se realiza la medición, cualquier comunicación a través de medios altamente distorsionados se puede hacer «libre de distorsión». El equipo demostró que esto era experimentalmente cierto en una variedad de sistemas, desde turbulencia hasta líquido o Fibra óptica.


La trampa perfecta: una nueva forma de controlar la polarización de la luz


más información:
Isaac Nape et al, Revelando la persistencia de la luz vectorial estructurada en medios complejos, Fotónica de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41566-022-01023-w

Introducción de
Universidad de ingenio

La frase: La luz que viaja en un medio distorsionado puede parecer sin distorsión (24 de junio de 2022) Recuperado el 24 de junio de 2022 de https://phys.org/news/2022-06-distorting-medium-undistorted.html

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