付时尧、高春清等Light | 智能混合策略：高维多自由度光场调控新范式
挑战：传统光场调控的“臃肿”困境
在超大容量光通信、高密度光存储和量子信息技术等前沿研究领域，光场的多自由度协同调控及高维拓展能力一直以来是一项核心需求。然而，现有多自由度调控技术往往依赖庞大光学元件或复杂系统，难以在单一紧凑器件上同时调控波矢、相位、振幅、偏振、轨道角动量（OAM）及自旋角动量（SAM）等多个自由度，并且维度十分有限，成为集成化光子学发展的瓶颈。
难点：如何让“多线程”调控成为可能？
光场的每个自由度对应不同的物理特性，通常需分步调控，导致系统复杂且效率低下。其中，OAM作为真正的高维自由度，解决多模调制强度串扰的问题也是一项关键挑战。因此，如何在保证精度的前提下，通过单一元件直接实现多自由度的协同调控以获得高维光场，是亟待解决的科学难题。
攻关：智能混合策略打破维度限制
本文提出一种智能混合调控策略，将衍射理论、深度学习与几何相位技术结合：
图1. 智能混合调控策略示意图。
基于衍射理论设计相位分布，精确控制光场传播方向与初始相位；采用深度学习神经网络赋能OAM调控，生成相位全息图，有效解决高效解决多模式OAM叠加的强度串扰问题，同时保证与其他自由度协同调控的相位叠加可行性；最后通过几何相位集成SAM，实现六自由度的高维协同调控。
亮点：6自由度288维光场
实验表明，该策略可在单一器件上实现6个自由度、288维光场的协同调控：
图2. 6自由度288维光场实验验证结果。
应用前景：从量子计算到集成芯片
该技术可应用于超大容量光通信、高密度光存储和量子信息技术等尖端领域，为光场的多自由度精准调控提供了新范式，为集成化高维光子学发展提供技术支撑。
论文信息
Zhou, S., Li, L., Gao, L. et al. Hybrid strategy in compact tailoring of multiple degrees-of-freedom toward high-dimensional photonics. Light Sci Appl 14, 167 (2025).
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