空间相干结构光场产生、传输及应用研究进展

摘要

空间相干性是光场除了振幅、相位和偏振以外的一个固有属性，它在理解光的干涉、传输、光与物质相互作用等方面起着重要作用.近年来，对空间相干性的研究已经逐渐拓展至对空间相干结构的构建及特性研究，这是因为具有特定空间相干结构分布的光场展现出了新奇的物理效应，如自聚焦、自分裂、自偏移和自整形传输特性等.这些新奇物理效应的许多潜在应用也逐渐被发现，包括在自由空间光通信中降低大气湍流的负面效应、基于空间相干结构的光学加密和鲁棒光信息传输、光学微粒俘获及操纵等.本综述系统地回顾空间相干结构光场的表征方法、理论构建和实验产生方法、在自由空间和湍流介质中的传输特性和相关应用.首先，利用非负正定条件和相干模式分解理论来表示空间相干结构光场的交叉谱密度函数；然后，讨论理论和实验上构建及产生空间相干结构光场的2种不同策略，一种是基于广义范西特-泽尼克定理，另一种是基于相干模分解理论；接下来，概述特定空间相干结构光束在自由空间和湍流大气中的新颖物理特性；最后，介绍空间相干结构光场在降低大气湍流负面效应、光学加密、复杂介质中的鲁棒光信息传输和光学微粒俘获和操纵等方面的应用.光学空间相干结构不仅为光操控提供了新的自由度，产生的空间相干结构光场在诸多领域也展现出了重要应用价值.

关键词

光学相干性 / 空间相干结构光场 / 光场调控

基金资助

国家自然科学基金(12274311、12374276和12304326); 中国博士后科学基金(2022M721992); 山东省高等学校青创科技支持计划(2023KJ198); 山东省自然科学基金(ZR2023QA081); 广东省光纤传感与通信技术重点实验室开放基金(2022GDSGXCG08); 光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室项目(GCTK202304)