克服传统技术局限，实现350 kHz的高速光学相干调制。

结构光场具有众多独特且强大的特性。研究人员通过更精确地控制其光学相干性，不仅可以减少相干性过强带来的弊端，还能发现新的功能。这种增强的控制为理解光与物质的相互作用提供了新的视角。因此，根据特定用途精细调整这些光场的相干性已成为科学探索的一个重要领域。

然而，其中一项主要挑战在于，传统的光学调制技术通常调制速度较慢。这一局限性使得光学相干控制难以走出实验室，应用于实际的现实世界场景中。目前，开发快速光学相干调制的方法被视为亟待克服的关键障碍。

铌酸锂（LN）因其强大的线性电光响应（即泡克尔斯效应）而长期被视为高速电光调制的主要材料。随着近年来铌酸锂薄膜（LNF）制造技术的改进和微加工技术的稳步发展，科学家们能够在绝缘体上的铌酸锂薄膜平台上制造出多种集成光子器件。

如今，许多光调制器和电子束偏转器都依赖于这种基于铌酸锂的平台。通过向铌酸锂波导施加电压，研究人员可以精确且迅速地调整通过它的光的相位。这种精确的相位控制使得利用LNF调制器来操控光学相干性成为可能。

LNF调制器在相干控制中的新应用

如今，该研究介绍了一种LNF调制器在光相干操控方面的新应用。通过设计特定的调制电压，我们实现了对光场相位分布的精确、高速控制，并通过多个相干模式的叠加来定制光相干性。

我们的实验结果与理论预测一致，且所提出的策略也可以很容易地扩展到定制不同特殊光场的光学相干性。该策略为光学相干性定制的实际应用铺平了道路。

从相干调制原理出发，随机光场的相干性由相位分布决定。通过高速调制器控制相位，可实现光相干性的调控。二阶场矩可分解为相干模式的非相干叠加，且谱相干度与相位差统计量相关，这为调制提供了理论基础。

LNF调制器的技术实现

所设计的LNF调制器配备有64个独立通道，具有2 MHz的二进制调制速率。其结构包括金电极阵列、Z切型LN薄膜和接地电极。通过施加电压，它控制折射率差异以实现精确的相位调制。

为了验证液氮冷却（LNF）调制器的高速光相干操控能力，实验选用了一维高斯谢尔模型光源。通过杨氏双缝干涉实验测量远场条纹可见度，验证了生成光场的部分相干性。实验结果与模拟结果高度一致，证实了相干控制。LNF调制器在0–2π相位范围内实现了350 kHz的调制速率，远优于数字微镜装置。

该研究利用LNF调制器电压分布来加载预定的波前相位，从而合成具有预定相干性的随机场。与传统方法相比，该方法显著提高了调制速率，同时最大限度地减少了能量损失，为光学成像、加密和通过随机介质的信息传输的实际应用铺平了道路。

尽管目前一维调制的局限性可能通过未来开发二维LNF调制器来解决，但该策略也为定制不同特殊光场的光学相干性提供了灵活性。

参考文献：《基于铌酸锂薄膜调制器的高速光相干操控》，作者：朱新磊、倪丰超、刘海港、于佳宜、王飞、程娅、陈仙凤、蔡阳健，发表于2025年6月12日，期刊《PhotoniX》。DOI：10.1186/s43074-025-00176-5

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