清華新聞網(wǎng)6月4日電 隨著光學(xué)成像、通信、計(jì)算與加密等前沿應(yīng)用對(duì)光子調(diào)控精度提出更高要求，傳統(tǒng)的液晶器件雖已實(shí)現(xiàn)固定輸入可調(diào)相位與偏振，但受限于液晶分子（延遲器）軸向幾何、延遲值與絕對(duì)相位等自由度，仍難以滿足動(dòng)態(tài)、復(fù)雜光場(chǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)控需求。結(jié)構(gòu)光的靈活調(diào)控和矢量光束的精準(zhǔn)合成與測(cè)量，在工程學(xué)、材料學(xué)及生物醫(yī)學(xué)成像等方向具有重要意義。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，清華大學(xué)深圳國際研究生院生物醫(yī)藥與健康工程研究院（iBHE）何宏輝副研究員課題組與牛津大學(xué)合作，提出并實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新性的可重構(gòu)任意橢圓延遲器陣列，該方法通過級(jí)聯(lián)低功能性器件（如液晶空間光調(diào)制器與可變形反射鏡）構(gòu)建出“虛擬像素”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸向幾何、延遲值及絕對(duì)相位的物場(chǎng)全參數(shù)動(dòng)態(tài)控制。該陣列打破了傳統(tǒng)器件的功能局限，憑借其高度可編程性和動(dòng)態(tài)調(diào)控能力，能夠靈活切換為結(jié)構(gòu)光生成器、偏振狀態(tài)分析器或光學(xué)校正器，為未來光通信、先進(jìn)偏振成像和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)提供了通用化解決方案，應(yīng)用前景廣闊。
可重構(gòu)任意橢圓延遲器陣列：光產(chǎn)生、光測(cè)量、光校準(zhǔn)
研究團(tuán)隊(duì)首次在自由空間中成功生成并觀測(cè)到光學(xué)斯格明子袋，并創(chuàng)新性地提出了一套動(dòng)態(tài)偏振測(cè)量方案，已在組織病理成像與文物材料分析中展現(xiàn)出出色的精度和實(shí)用性。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全偏振自適應(yīng)光學(xué)校正平臺(tái)，為未來復(fù)雜光場(chǎng)的合成、識(shí)別與校準(zhǔn)提供了完整的技術(shù)鏈條。
相關(guān)研究成果以“一種基于可重構(gòu)任意延遲器陣列的復(fù)雜結(jié)構(gòu)物”（A reconfigurable arbitrary retarder array as complex structured matter）為題，于5月27日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
牛津大學(xué)教授何超（清華大學(xué)深圳國際研究生院2013級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士生），清華大學(xué)深圳國際研究生院2019級(jí)碩士生陳斌國，牛津大學(xué)博士生宋梓沛、馬逸飛和博士后趙子墨為論文共同第一作者。何宏輝、何超、北京大學(xué)教授羅琳為論文通訊作者。
研究同時(shí)得到新加坡工程院院士仇成偉教授、南非科學(xué)院院士安德魯·福布斯（Andrew Forbes）教授、牛津大學(xué)光電主席馬丁·布斯（Martin Booth）教授、牛津大學(xué)工程系副系主任史蒂芬·莫里斯（Stephen Morris）教授等學(xué)者的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59846-4
供稿：深圳國際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
