近日，苏州大学陈亚红、王飞、山东师范大学蔡阳健等人在结构光场测量领域取得研究进展。团队提出基于部分相干光学手段实现矢量光场空间-偏振并发度测量的新机理。该方案可通过单次光场散斑测量或单像素时域光强测量实现矢量光场并发度重构，在时变结构光场及弱光测量中具有一定优势。2025年12月16日，该研究成果以“矢量光束并发度鲁棒测量”（Robust measurement of the concurrence of vector light beams）为题在线发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。
光是一种具有多自由度的电磁波，对光的不同自由度进行操控，推动了结构光的快速发展及其广泛应用。光的自由度之间可以以不可分离的方式耦合在一起，这一特性类似于量子系统中的纠缠现象。这类具有“经典纠缠”的光场在光通信、精密计量、量子信息处理等领域展示出重要潜力。具有空间不均匀偏振分布的矢量光场中展现出空间与偏振自由度之间的不可分离特性，并可通过光学并发度（concurrence）来定量表征。光学并发度是矢量光束的一种内禀结构参量，在光束传播过程中具有不变性，这一性质使其成为自由空间光通信的重要资源。对于矢量光束并发度测量，传统方法依赖空间Stokes参量测量，需要多次偏振分辨探测才能完成，在动态光场或弱光测量中具有一定的局限性。
图1：基于部分相干光学手段实现矢量光场空间-偏振并发度测量
针对这一挑战，本研究通过在经典光学相干性与矢量光场之间搭建桥梁，提出了一种全新的光学并发度测量方法。团队通过前期发展的光场相干结构调控手段将矢量光束偏振结构加载到部分相干光束相干特性中。研究发现，部分相干光束光强关联特性与输入矢量光束并发度之间存在严格定量关系。该关系提供了两种测量模式，包括单帧成像方法以及单像素探测方法，都无需重构偏振分布，即可反推出光束并发度。该方法适用于动态矢量光场实时监控以及弱光场景。此外，该方案不需要精准对准光束中心，使测量具有天然鲁棒性。
团队研究结果揭示了结构光中的“经典纠缠”与光学相干性之间的内在物理联系，让纠缠首次以一种快速、直观、可工程化的方式呈现在经典光系统中。本研究为结构光的表征提供了新工具，同时为新型光通信及类量子信息处理技术提供了可能性。
苏州大学物理科学与技术学院博士研究生胡忠义为论文第一作者，陈亚红、王飞、蔡阳健为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部等项目支持。
论文信息：Zhongyi Hu, Jiahui Shen, Yimeng Zhu, Yonglei Liu, Lin Liu, Ari T. Friberg, Tero Setälä, Yangjian Cai, Fei Wang, and Yahong Chen, Robust measurement of the concurrence of vector light beams, Physical Review Letters 135, 253801 (2025).
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/pdgd-95tx
