光束也能“梳整齐”？近日，西安电子科技大学科研团队成功破解涡旋光束大小不一难题，让散乱光束规整可控，成果登国际光学顶刊，有望大幅提升光通信与精密测量水平。

据了解，这项研究由西电光电工程学院超快光子学团队联合浙江工商大学、吉林大学等单位共同开展，围绕完美光学涡旋梳的构建与实现展开攻关。团队在完美涡旋光束理论的基础上，提出了一种全新定制方法，并借助衍射神经网络完成实验验证，为结构光场设计与调控开辟了新路径。

很多人会好奇，“为光束梳理”究竟是什么原理？日常光线沿直线传播，而光学涡旋光束是旋转前进的特殊光，携带轨道角动量，不同拓扑荷对应不同模式，在通信、测量等领域应用广泛。

光学涡旋梳由多束不同涡旋光规则叠加而成，如同光场里的一把“梳子”，每一“齿”对应一种模式，可设计可调控，为模式复用提供了新型载体。西电光电工程学院院长徐淮良教授介绍，光学涡旋梳在光通信、精密测量、微粒操控和特殊成像等方向均具备应用潜力。但传统涡旋梳存在一个明显短板：不同模态的光束空间尺寸会随拓扑荷变化而改变，光斑大小不一，相当于“梳齿长短不齐”，直接影响实际使用。

光电工程学院青年教师梁益泽解释，在模式复用光通信中，光束大小不一，会导致耦合、传输、探测环节需要频繁调整，容易出现信号丢失、能量收集不全、通道串扰等问题，系统难以稳定运行。在光与物质相互作用的场景中，尺寸不一的光束也会带来诸多不便。

针对这一关键难题，徐淮良团队跳出传统思路，从基础光场构建入手，先确立目标再反向设计。团队依托完美涡旋光束理论，构建出各模态尺寸统一的目标光场，再通过衍射神经网络优化得到双层纯相位掩模这一特殊“光学滤镜”。

实验以高斯光为输入，经掩模调控后获得规整统一的完美光学涡旋梳，形成完整研究链条。结果表明，该方法突破了拓扑荷对光束尺寸的限制，实现更灵活精准的光场调控。

该研究成果登上国际光学权威期刊封底。值得一提的是，作为论文首位共同第一作者，西安电子科技大学2022级本科生曹帅全程参与理论设计、仿真优化与实验验证工作。

徐淮良表示，此次成果不仅为模式复用通信、自由空间到光纤耦合、精密测量等研究提供了新工具，也展现了衍射神经网络在复杂光场设计中的巨大潜力。未来，研究团队将继续探索更多特殊结构光场，推动相关技术从实验室走向实际工程应用。

西安报业全媒体记者 任娜