基于空间自相关的快速高维态层析技术突破光学场表征瓶颈

《Laser & Photonics Reviews》：Rapid High-Dimensional State Tomography Enabled by Spatial Autocorrelation

本研究针对结构化光场高维态表征效率低下的难题，提出了一种基于空间自相关效应的单次曝光层析技术。通过傅里叶域相关图案的中央强度直接提取模态振幅，并利用干涉条纹解析模态间相位，将N维态测量次数从3N-2降至2N-1。该技术结合DMD的偏振不敏感性与千赫兹调制能力，实现了多模LG光束的快速精确重建，为光学计量与量子态分析提供了高通量平台。

　　

通过空间自相关实现的高维态快速层析技术，为结构化光场的光学应用带来突破。传统投影层析方法需要进行多步测量，严重制约了对复杂光场的分析效率。本研究提出的新技术利用空间相关性，直接从傅里叶域相关图案的中心强度获取模态振幅，并通过周围干涉条纹实现模态间相位的单次曝光估算。这种基于相关性的方法无需相移干涉，将N维态的测量次数从3N-2减少到2N-1，总计降低N-1次测量。结合数字微镜器件（DMD）的偏振不敏感特性和千赫兹级调制能力，实验成功实现了包含多个拉盖尔-高斯（LG）模式的复杂结构化光场的快速精确重建。该技术为高通量光学场表征提供了可扩展平台，在光学计量、高速成像以及光子的量子态与经典态分析等领域具有广泛应用前景。作者声明不存在利益冲突。