相位渦旋光束是一種攜帶有軌道角動量（OAM）的新型結(jié)構(gòu)光束，在超大容量光通信、新體制激光雷達(dá)、激光加工、高密度光存儲、高分辨率成像、量子技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，吸引了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。特別是在超大容量光通信領(lǐng)域，由于相位渦旋光束攜帶的OAM具有無窮個本征值，且不同的OAM模式相互正交，使得其不僅可作為信號載波以模式復(fù)用的方式來拓展信道容量，還可用于超高維數(shù)字信號編碼，通過提升光子效率的方式間接拓展信道容量。實現(xiàn)復(fù)雜渦旋光場的按需調(diào)控是實現(xiàn)上述應(yīng)用的必要條件之一，然而當(dāng)前復(fù)雜渦旋光場調(diào)控方面仍存在許多尚未解決的科學(xué)問題及技術(shù)瓶頸，例如，多模復(fù)用高維OAM調(diào)控較為困難，光束OAM譜的測量的泛化能力較弱，OAM模式分布切換響應(yīng)時間長等，阻礙了渦旋光束的實際工程化應(yīng)用。 :stHc,  
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針對上述問題，北京理工大學(xué)光電學(xué)院高春清、付時堯團(tuán)隊開展了復(fù)雜渦旋光場調(diào)控及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸攻堅，取得了一系列重要成果，相關(guān)工作發(fā)表于PhotoniX（SCI一區(qū)，IF：19.818）、Advanced Photonics Nexus（CLP與SPIE合辦新刊物）、Photonics Research （SCI一區(qū)，IF：7.254）、Optics Express、Optics Letters等，獲20余項授權(quán)發(fā)明專利，并在多個系統(tǒng)中得到工程化應(yīng)用。主要研究進(jìn)展包括： ,.ivdg(/  
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1.高維OAM光梳的生成技術(shù) &Hp*A^M  
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OAM光梳是一種在“ l 域”中由等模式間距的一系列分離OAM模式構(gòu)成的復(fù)雜光場結(jié)構(gòu)，其為超高光子效率信息編碼的載體，同時也是高密度全息加密技術(shù)的“鑰匙”。先前研究已經(jīng)證明，采用純相位調(diào)制方法不可能將基模高斯光束轉(zhuǎn)化為OAM光梳，若要獲得OAM光梳，則必須采用迭代等方法無限逼近，而迭代過程是費時的，將高維信號編碼的優(yōu)勢抵消殆盡。針對這一問題，該團(tuán)隊從達(dá)曼光柵技術(shù)獲得靈感，構(gòu)建了 x 坐標(biāo)與 φ 坐標(biāo)的映射關(guān)系，研制了角向二值化相位結(jié)構(gòu)衍射光學(xué)器件，最終實驗獲得了127維OAM光梳，模式均勻性達(dá)92.04%，如圖1所示。由于不同的OAM光束對應(yīng)固定的角向二值化相位的相位躍變點坐標(biāo)，使得可根據(jù)數(shù)值解而無需任何迭代運算即可生成任意OAM光梳，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)生成高維OAM光束響應(yīng)時間長的問題。該團(tuán)隊公開了不同OAM光梳下角向二值化相位的相位躍變點坐標(biāo)數(shù)值解，可供本領(lǐng)域科研及技術(shù)人員直接調(diào)用。該工作為高維渦旋光場調(diào)控提供了全新思路，發(fā)表于CLP與SPIE新辦刊物Advanced Photonics Nexus，并被選為AP Nexus創(chuàng)刊首期封面，如圖2所示。付時堯副研究員是該文的第一作者及通訊作者，高春清教授為該文的共同通訊作者。 oX:&;KA  
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2.光束OAM譜的通用測量技術(shù) >v@3]a i  
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光束所攜帶的不同OAM成分的強(qiáng)度比重構(gòu)成了光束的OAM譜，OAM譜是描述光束OAM分布特性的重要指標(biāo)。由于不同OAM分布的渦旋光束在同一應(yīng)用場景下會展現(xiàn)完全不同的性能，因此光束的OAM譜的準(zhǔn)確測量是其應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前有報道的光束OAM譜的測量技術(shù)通常只針對具有圓對稱性的橫向光場分布的光束，對于任意光場分布的光束泛化能力不夠。針對這一問題，該團(tuán)隊從光束OAM譜的定義出發(fā)，提出了光束OAM譜的通用測量技術(shù)，可適用于任意復(fù)雜光場分布光束的OAM譜測量。在測量過程中，只需引入以參考光束與待測光束同軸干涉，通過測量干涉場及帶相移的干涉場分布即可獲得待測光束的OAM譜。該工作為OAM光通信系統(tǒng)接收端的準(zhǔn)確譯碼等一系列應(yīng)用場景提供了全新解決方案，發(fā)表于SCI一區(qū)刊物PhotoniX。付時堯副研究員是該文的第一作者，高春清教授為該文的通訊作者。 d)!'5ZrM  
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此外，該團(tuán)隊還提出了渦旋光場多自由度協(xié)同調(diào)控技術(shù)（Opt. Express ,29,10811(2021), Optica Image of the Week）、超高維激光陣列光源技術(shù)（Opt. Lett. 45, 6330(2020)）、深度學(xué)習(xí)輔助光束OAM譜測量技術(shù)（Opt. Lett.47, 1419(2022)）等，并進(jìn)一步演示了高維多態(tài)光子OAM鍵控通信（Opt. Express, 27, 33111(2019)）、光子OAM編碼組網(wǎng)（Opt. Lett.44, 4753(2019), Optica Editor’s pick）等新型渦旋光束通信技術(shù)。 iy]L"7&Z2  
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文章鏈接：https://doi.org/10.1117/1.APN.1.1.016003 h.#:7d(g