程亚、陈险峰、蔡阳健团队：基于铌酸锂薄膜调制器的光场相干性超快调控

      光场相干性作为光场调控的一个重要自由度，在理解光的干涉、传输、光与物质相互作用等方面起着重要作用。大量研究表明，光场相干性操控不仅能赋予光场诸多新颖物理特性，还能显著降低由复杂环境引起的负面效应，在光学成像、光计算、光加密、光通信等领域展现出广阔的应用前景。然而，现有光场相干性调控技术主要依赖于传统空间光调制器件，过低的调制速率成为光场相干性调控技术从实验室研究迈向实际应用的主要障碍。因此，如何实现光场相干性的高速调制是该领域的核心挑战。受益于新世纪以来材料的快速发展，铌酸锂材料因其优异的线性电光效应成为高速电光调制材料的首选。近年来，随着铌酸锂薄膜制备技术的成熟，高质量的铌酸锂单晶薄膜已经商业化，它不仅保留了铌酸锂晶体的优越特性，而且可以更好地约束光场并降低功耗。通过向铌酸锂波导施加电压，可以精确快速地控制光场的相位分布，这为利用铌酸锂薄膜调制器定制光学相干性开辟了可能性。

      通过向铌酸锂波导施加电压，可实现对光场相位分布的精准且快速控制，这为利用铌酸锂薄膜调制器调控光场相干性提供了可能。近日，研究者提出了一种基于铌酸锂薄膜调制器的光场相干性调制方案，通过设计铌酸锂薄膜调制器的调制电压实现对光场相位分布的精准高速控制，并通过叠加一系列定制的相干模来精确操控光场的空间相干性。该方案可灵活扩展至实现对不同结构光场空间相干性的定制。上述成果为突破传统光场相干性调控技术的速率瓶颈、推动光场相干性调制技术从实验室研究迈向实际应用奠定了坚实基础。该项研究以 “High-Speed Optical Coherence Manipulation Based on Lithium Niobate Films Modulator”为题，于2025年6月12日发表在 PhotoniX 期刊。

      论文的X点在于首次将铌酸锂薄膜调制器应用于光场相干性调控，为光学相干研究领域引入了这一先进调制技术，实现了光场相干性的高速调制。这一成果不仅为该领域研究人员提供了新型调制器件，也为铌酸锂薄膜调制器开辟了新的应用场景，展现了其在光场自由度调控中的潜力，有望在多学科交叉领域引发新一轮技术革新。

      针对传统光场相干性调控技术调制速率低，严重制约其向实际应用场景转化的关键科学问题，本研究提出一种基于铌酸锂薄膜调制器的高速光场相干性调控方案。目前，主流光场相干性调控器件，包括液晶空间光调制器与数字微镜器件，其调制速率被局限在60Hz至17kHz的范围内，这一性能短板难以满足光通信中高速数据传输、高速光学成像中动态场景捕捉等对频率响应要求严苛的应用场景需求。

      针对上述难题，本研究团队基于铌酸锂材料卓越的线性电光效应，通过优化器件设计与制备工艺，开发出具备64通道并行调控能力的铌酸锂薄膜调制器。该调制器能够实现多个空间点的同步相位调制。同时，结合光场相干性调制的相干模式叠加理论，通过计算获得满足特殊相干性要求的光场相位分布函数，并通过驱动电路对铌酸锂薄膜调制器进行实时电压控制，最终实现光场相干性的快速、精准调控。本研究成果为光场相干调控技术在高频场景的应用提供了全新的技术路径，有望推动光学信息处理、量子光学等多学科领域的技术革新。

      本研究提出了一种基于高速电光调制的光场相干调控策略。通过对铌酸锂薄膜调制器的电极通道施加不同的电压分布，精确控制折射率差，进而实现波阵面的指定相位分布加载。研究基于线性驱动电压和铌酸锂薄膜的电光效应，实现了高速光场相干性的调控，推动光学相干调制技术向实际应用迈出重要一步。根据随机光场可被视为相干模式非相干叠加的理论，本研究通过设计构成随机光场的相干模式及其权重分布，针对性地调整铌酸锂薄膜调制器的驱动电压分布，从而通过高速调制实现光场特定相干性的定制。然而，受限于当前铌酸锂薄膜调制器的一维结构设计，该调制能力仅能实现一维光学相干性调控。未来，具备二维空间相位调制能力的铌酸锂薄膜调制器的研发，将为复杂光学相干操纵提供更广阔的技术空间。