不可幺正互转的等熵部分相干光场
光学
2024-04-22 v1
摘要
对于仅涉及单一二元自由度的部分相干光场（如偏振），熵唯一确定了可以通过幺正变换相互转换的光场类别。然而，当考虑多个自由度时，熵不再起此作用。我们研究了由两个二元自由度（偏振和两个空间模式）定义并由 4x4 相干矩阵 G 描述的等熵部分相干光场族的结构。我们发现 G 的秩（其非零特征值的数量）在此背景下起着关键作用：任何一对等熵的秩为 2 的光场都可以通过幺正变换相互转换，但对于一对秩为 3 或秩为 4 的光场，情况则不一定如此。此外，严格禁止不同秩的等熵光场之间的幺正变换。相反，此类转换需要保持熵的非幺正变换，这些变换可能结合了滤波投影和随机化操作。我们在实验上合成了所有秩的部分相干等熵光场，并层析重建了它们的相干矩阵。此外，我们在保持固定秩的等熵轨迹（秩内转换）或涉及秩变化的等熵轨迹（秩间转换）上操控相干矩阵。这些发现为部分相干光在光通信和传感中的潜在应用提供了新视角。
引用
@article{arxiv.2404.12532,
title = {Iso-entropy partially coherent optical fields that cannot be inter-converted unitarily},
author = {Mitchell Harling and Varun A. Kelkar and Kimani C. Toussaint, and Ayman F. Abouraddy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.12532},
year = {2024}
}