近日，北京理工大学光电学院付时尧教授、高春清教授团队在激光轨道角动量（OAM）重构研究方面取得重要进展，提出一种“OAM重构器”新方法，实现了复杂遮挡条件下涡旋光束的高保真重构，为提升光学信息传输与探测系统的鲁棒性提供了新思路。该研究成果以“Reconstruction of orbital angular momentum eigenstates of light”为题发表在Nature Communications（SCI一区，IF：18.1）。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金原创探索项目等资助。北京理工大学为唯一第一及通讯作者单位，论文第一作者为光电学院2022级博士研究生李浪，通讯作者为付时尧教授。
携带有轨道角动量的涡旋光束在激光通信、激光雷达和精密测量等领域应用前景广阔。然而，激光在传播过程中，受到链路遮挡或在有效口径接收时，激光的波面结构会被破坏，进而出现OAM谱展宽现象，严重降低了应用性能。针对这一制约激光OAM应用的核心关键问题，研究团队提出基于双向坐标变换与空间滤波相结合的主动OAM重构方案，将遮挡引起的OAM展宽映射至空间域进行调控，并通过反向变换实现原始OAM模式的恢复，如图1所示。
图1 OAM重构过程示意图
实验结果表明，即使在超过50%光束面积被任意遮挡的前提下，该方法重构的OAM模式纯度仍高达94%，效果显著优于利用贝塞尔高斯光束等无衍射自愈光束的技术方案，如图2所示。同时，该方法不依赖衍射无衍射区域，在长距离传播条件下表现出更强的遮挡容忍能力。此外，研究团队还开展了基于OAM调制的通信实验，验证了该方法在复杂干扰环境中的稳定解码能力。
图2 复杂遮挡下的激光OAM重构实验结果
该工作为受损光场的主动恢复、有限接收口径下OAM模式特征提取等提供了一种新的全光学技术路线，有望在远距离自由空间激光通信、远程激光雷达等领域发挥重要作用。
