Light:Science&Applications：相干探测器实现矢量结构光非可分性单次测量
一、论文概要
目前，传统的直接探测技术通过在时域进行多次解调测量或在空域进行空间解复用来获取基础态的强度系数，导致单次探测与系统简化难以兼容 。迄今为止，现有的检测方案主要局限于对单一模式的测量。对于多模式矢量叠加态，其模式分辨的不可分性贡献的单次检测依然是一项空白 。这种探测能力的缺失，极大地限制了不可分性编码通信技术在实际场景中的应用潜力 。
二、图文速览
图一：提出的相干探测器用于矢量结构光非可分性测量的概念
a离轴全息采集流程示意。b数字处理流程示意：FFT分离交叉项与直流项，IFFT恢复复波前，通过重叠度计算得到各基态功率系数并求出非可分性。FFT为快速傅里叶变换，IFFT为逆快速傅里叶变换，CC为交叉相关项，DC为自相关项，LCP为左圆偏振，RCP为右圆偏振。
图二：用于生成并相干探测不同非可分性矢量结构光的实验装置
图三：l=2纯矢量光束的非可分性测量（仿真与实验）
展示偏振分布、离轴全息图、频域分离、恢复的强度与相位，并给出计算得到的非可分性（接近1）。
图四：l=2高阶庞加莱球上的不同矢量结构光状态
a在球面上用(2theta,2alpha)表示不同状态的几何示意。b不同点对应的仿真偏振分布，上排为沿绿色线的点1–5，下排为沿蓝色线的点1’–5’。
图五：不同矢量结构光的非可分性测量结果
a不同theta下，LCP与RCP两路恢复的强度与相位。
b不同theta下，理论/仿真/实验的非可分性对比（误差棒为50次测量标准差）。
c不同2alpha下，理论/仿真/实验的非可分性对比（误差棒为50次测量标准差）。
b四模叠加态的非可分性结果对比（误差棒为50次测量标准差）。
三、结论
1、催生新型抗湍流通信与传感应用：该相干探测平台在提取相位信息方面展现出的高效单次测量特性，有望直接应用于在大气湍流等复杂信道中的自由空间光通信系统解码 。此外，它还可用于定量表征多模光纤（MMFs）中特定模式组内的自旋-轨道耦合特性，为先进的光学通信或光学传感系统提供关键支撑 。
2、深耕经典纠缠表征与复杂光场多维解析：该平台不仅为表征多模态矢量光的非分离性提供了新工具 ，未来还可将其扩展应用于具有更高维经典纠缠的复杂不可分态的解析 。由于仅需两幅干涉图即可高效获取信息，它有望成为探究复杂非分离态以及在正交偏振通道中提取模态信息的通用手段 。
3、迈向实用化远距离系统与共路径集成：得益于其全息探测架构，未来的长距离实际大气湍流系统实施中，可通过结合共路径自参考全息技术（例如利用单模光纤作为空间滤波器来接收部分光束以产生参考高斯光束），从而进一步克服对本地干涉参考光源的依赖并降低设备布置的难度 。同时，这种基于数字方式的模式分选策略还具有极高的可扩展性，能够高效适用于任意模式组 ，推动相干探测技术走向更多样化的复杂环境光场分析场景。
四、文献来源
Liang,Y.,Cao,S.,Liu,L.et al.Coherent detector for the non-separability measurement of vectorial structured light.Light Sci Appl 14,343(2025).
https://doi.org/10.1038/s41377-025-02035-1
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