加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的科学家公布了一项可能彻底改变成像和光通信领域的技术。这项研究由 Aydogan Ozcan 及其团队领导，引入了一种使用衍射波前处理的全光相位共轭 (OPC) 方法。

这项新技术提供了前所未有的能力，可以校正多种波长的光学畸变，并可能对各个领域产生重大影响。该研究成果已发表在《自然通讯》上。

传统的光学相位共轭方法(包括模拟和数字技术)长期以来一直用于校正从医学成像到激光束聚焦等应用中的波前畸变。然而，这些方法通常具有诸如能量效率低、光谱操作窄带、系统复杂度高和响应时间慢等局限性。

加州大学洛杉矶分校的研究人员开发的新型全光学相位共轭方法克服了这些挑战，他们利用深度学习来优化一组无源衍射层，这些衍射层可以处理扭曲的光场，并全光学地生成多个波长的相位共轭对应物。

该方法不仅比现有技术更快、更节能，而且更紧凑、更可扩展，涵盖不同光谱带的应用。

创新的 OPC 框架建立在深度学习设计的衍射光学结构之上。这些结构旨在对具有未知相位畸变的光场进行相位共轭。

通过使光线穿过一系列 3D 打印的衍射层，该系统可以将多个波长的扭曲波前转换为光速的共轭波前，而无需进行数字计算或主动调制。

加州大学洛杉矶分校团队利用太赫兹 (THz) 辐射展示了该系统的有效性。他们制作了一个三层衍射 OPC 处理器，并成功纠正了模型训练期间从未遇到过的光学畸变。这项实验验证证实了该系统能够有效处理现实世界中的光学畸变。

光学相位共轭的这一突破对各个领域具有深远的影响：

医学成像：该技术可以提高通过混浊介质(例如生物组织)获得的图像的质量，从而可以实现更好的诊断和治疗。

光通信：通过增强大气或水下信道传输的信号的清晰度，该技术可以提高光通信系统的效率和可靠性。

激光系统：实时校正激光束畸变的能力可以推动精密制造、材料加工和科学研究的进步。

天文学：该技术可协助校正望远镜观测中的大气扭曲，从而获得更清晰、更详细的天体图像。

这种全光学 OPC 技术的多功能性和稳健性使其成为广泛应用的有希望的候选技术。研究团队目前正在探索如何将该技术扩展到不同的光谱带，包括可见光和红外光。这将为环境监测、安全等领域开辟新的可能性。

加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系资深作者兼教授 Aydogan Ozcan 表示：“我们的全光学相位共轭框架为困扰科学家数十年的一个问题提供了新颖而有效的解决方案。”

“我们对这项技术的潜在应用感到非常兴奋，并致力于推动其实际应用的发展。”