随着光学成像、通信、计算与加密等前沿应用对光子调控精度提出更高要求，传统的液晶器件虽已实现固定输入可调相位与偏振，但受限于液晶分子（延迟器）轴向几何、延迟值与绝对相位等自由度，仍难以满足动态、复杂光场的实时调控需求。结构光的灵活调控和矢量光束的精准合成与测量，在工程学、材料学及生物医学成像等方向具有重要意义。
针对这一挑战，清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院（iBHE）何宏辉副研究员课题组与牛津大学合作，提出并实现了一种创新性的可重构任意椭圆延迟器阵列，该方法通过级联低功能性器件（如液晶空间光调制器与可变形反射镜）构建出“虚拟像素”，实现了对轴向几何、延迟值及绝对相位的物场全参数动态控制。该阵列打破了传统器件的功能局限，凭借其高度可编程性和动态调控能力，能够灵活切换为结构光生成器、偏振状态分析器，或光学校正器（如图1所示），为未来光通信、先进偏振成像和自适应光学系统提供了通用化解决方案，应用前景广阔。
图1 可重构任意椭圆延迟器阵列：光产生，光测量，光校准
研究团队首次在自由空间中成功生成并观测到光学斯格明子袋，并创新性地提出了一套动态偏振测量方案，已在组织病理成像与文物材料分析中展现出出色的精度和实用性。同时，团队构建了全偏振自适应光学校正平台，为未来复杂光场的合成、识别与校准提供了完整的技术链条。
研究成果以题为“A reconfigurable arbitrary retarder array as complex structured matter”发表于Nature Communications,论文共同第一作者为牛津大学何超教授（清华大学深圳国际研究生院2013级生物医学工程专业硕士生）、陈斌国（清华大学深圳国际研究生院2019级生物医学工程专业硕士生）、牛津大学博士生宋梓沛、马逸飞、以及博士后赵子墨。论文通讯作者为何宏辉副研究员、牛津大学何超教授、北京大学罗琳教授，本工作同时得到了新加坡工程院院士仇成伟教授、南非科学院院士Andrew Forbes教授、牛津大学光电主席Martin Booth教授，及牛津大学工程系副系主任Stephen Morris教授等国际知名学者的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59846-4
文：何宏辉
编辑：杨伊婷
审核：陈超群、耿红亚
