新闻网讯 12月17日，光电信息学院秦应雄团队在Advanced Photonics发表题为“传播可分辨按需全息腔激光器”（Propagation-discriminative on-demand laser in a holographic cavity）的研究论文。该项工作首次提出基于逆Fox-Li设计框架，并完全由衍射理论设计全息谐振腔（HoloCavity），通过级联纯相位全息图的波前主动调控与长距离自由空间传播中的衍射损耗调制，实现了无辅助非平面光学元件的多手性模式同步自再现与抑制。这一新方案有望成为一种以相位全息为核心的数字激光谐振腔的通用设计范式，打破制约结构光激光源实用化的关键瓶颈。

在现代光学技术领域，复杂多样的激光空间模式是支撑光通信、光学捕获、微纳加工、显微成像等多领域应用的核心基础。面向空间结构光场生成，基于定制激光谐振腔的主动方案，因其能从光源内直接生成目标光束，成为结构化光生成的重要探索方向。传统的离轴泵浦、腔镜局部损耗控制等方案虽能产生高阶模式，但输出光束的灵活性不足，严重制约其应用价值。

为解决上述痛点问题，团队设计的逆Fox-Li框架与经典迭代形成对偶关系，诱导目标模式实现自再现。算法中，以两个级联纯相位全息图为优化变量（如图1），确保目标模式从输出耦合器出发，经依次调制及自由空间传播后返回时实现复振幅自再现。为提升实验可行性，引入全变分正则化减少相位跳变。整体损失函数为上述三部分评价指标的加权和，采用梯度下降算法进行非线性优化。

图1逆Fox-Li设计的架构与有效性

实验中利用纯相位全息图，得到了高斯半径可调的基模高斯光束，同时直接输出六角螺母形中空光束、“X”形、“Y”形等任意自定义结构光束。HoloCavity打破了传统激光模式的基限制，实现了自定义复杂模式的直接生成（如图2所示）。与传统腔内调制不同，HoloCavity的纯相位调制不引入直接损耗，而是通过定制化衍射损耗实现模式调控，其全息图设计无需与输出光束形成位置关联图案，而是通过波前整形与衍射在渡越过程中逐步重塑光束复振幅。

图2实验中利用HoloCavity生成的结构光

研究表明，该项设计作为一种高效的即插即用型光源，既能为基于OAM复用的自由空间通信提供支持，又能通过从光源端直接生成高相干性的结构光，实现了为光学捕获与显微成像技术等应用方向按需定制优质光源。

本项工作完成过程中，博士生李恒阳和肖瑜副教授为共同第一作者，徐刚教授和秦应雄教授为共同通讯作者。

论文链接：https://researching.cn/articles/OJa470e738e6e96be1