揭示矢量结构光在扰动介质中的不变性

光学像差已被研究数个世纪，其对聚焦与成像可达到的分辨率施加了根本限制。在结构光的语境下，空间模式在振幅与相位上发生畸变，常源于光学缺陷、元件失准，甚至源于穿过活体组织、自由空间、水下和光纤等扰动介质传播时的动态过程。本文表明，只要扰动是幺正的，定义矢量结构光的偏振非均匀性对所有此类扰动均免疫。作为示例，我们研究了矢量涡旋光束对倾斜透镜与大气湍流的鲁棒性——二者均为高度非对称像差——证明即便结构本身发生变化，偏振的非均匀性质从近场到远场始终保持不变。信道的幺正性质使我们能够通过简单的无损耗操作消除这种变化，定制出在所有空间结构中无论介质如何均显鲁棒的光。我们的见解凸显了测量在描述经典矢量光场中被忽视的作用，并由此解决了先前关于复杂介质中矢量光束鲁棒性的矛盾报道。这为矢量结构光的多功能应用铺平了道路，即便通过非理想光学系统亦可，在如深层组织成像与噪声信道光通信等应用中至关重要。