近日，西安电子科技大学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，围绕完美光学涡旋梳的构建与实现开展研究，基于完美涡旋光束理论表达，提出完美光学涡旋梳定制新方法，并借助衍射神经网络完成实验验证，实现了对涡旋梳中不同模态环形尺寸的灵活调控。

相关研究成果发表于国际光学领域权威期刊《Laser & Photonics Reviews》封底，为结构光场设计与调控提供了新的研究思路，也为光通信、精密测量等方向的后续探索提供了参考。

“光学涡旋光束可以形象地理解为‘带着旋转结构向前传播的光’。”作为论文首位共同第一作者，西安电子科技大学光电工程学院2022级本科生曹帅全程参与了本项研究的理论设计、仿真优化与实验验证工作，他解释道：“就像平静湖面上的漩涡与普通水波截然不同，光学涡旋光束也不是普通意义上‘直着走的光’，而是一种具有特殊相位结构的光。”这类光携带轨道角动量，且不同拓扑荷对应不同模式，因此在通信、测量、成像、光镊操控等领域受到广泛关注。

基于这类光的特性，研究人员进一步发展出“光学涡旋梳”的概念，它是由多个不同拓扑荷的涡旋光束按一定规律叠加形成的复合光场结构，就像一把由光做成的“梳子”，每一个“齿”对应一种特定的涡旋模态。西安电子科技大学光电工程学院院长、论文通讯作者徐淮良教授表示，光学涡旋梳为模式复用提供了新的光场载体，在通信、精密测量、微粒操控和特殊成像等方向具有应用前景。不过，传统涡旋梳一直存在突出局限，长期面临“齿长不齐”的技术瓶颈，制约其实际应用。

针对这一问题，西电研究团队没有停留在对传统方法的局部修补上，而是从光场构建的基础逻辑出发，走出了一条“先定义目标、再实现目标”的研究路径。团队首先基于完美涡旋光束的理论表达，构建出目标完美光学涡旋梳；随后引入衍射神经网络，对实现目标所需的相位调制结构进行反向设计。“衍射神经网络在这项工作中承担的是实现工具的角色，它不是直接‘凭空生成’光场，而是依据预设目标，优化得到合适的双层相位掩模，使输入的高斯光在传播和调制之后输出目标完美光学涡旋梳。”西安电子科技大学光电工程学院青年教师梁益泽补充道。这项工作的创新不只是引入了衍射神经网络手段，更在于建立了从理论构型、目标光场设计，到物理实现和实验验证的一整套研究链路。

实验中，团队完成了三类不同完美光学涡旋梳的构建与测试，结果证明，这一方法使完美光学涡旋梳的构建具备了更强的可设计性。与传统方案中光束尺寸受拓扑荷制约不同，新方法能够在设定拓扑荷分布的同时，对不同模态的环尺寸进行独立调控，让这把“光的梳子”不仅齿距可调，齿形也更加可控。

西安电子科技大学光电工程学院徐淮良教授团队正在进行涡旋梳调控相关研究

徐淮良教授表示，本次研究并不是简单地对已有光学涡旋梳生成方式进行局部改进，而是围绕“目标光场如何定义、如何实现”这一核心问题，提出了从理论构建到实验实现的一体化方案。“这不仅关系到某一种光场的生成方式，也关系到结构光场能否在更复杂场景中实现更精细的控制。”完美光学涡旋梳有望为模式复用通信、精密测量以及优化光与物质相互作用等研究提供新的参考工具，在需要多个涡旋模态保持统一尺寸，或者需要对不同模态空间分布进行精细设计的场景中展现独特价值。

此外，本次研究也展现出衍射神经网络在复杂光场设计中的应用潜力。先构建目标光场，再反向求解实现路径，研究人员未来有望进一步探索更多具有特定空间分布、偏振特性或功能特征的结构光场。随着相关算法和光学器件技术的发展，这把“光的梳子”不只是被做得更整齐了，还有望在更多光学研究场景中发挥作用。

（中国日报陕西记者站）