近日，華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院蒲繼雄教授、陳子陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《自然·通訊》（Nature Communications，中科院一區(qū)，影響因子15.7）上發(fā)表題為“Speckle-driven single-shot orbital angular momentum recognition with ultra-low sampling density”的最新研究成果（DOI: 10.1038/s41467-025-66074-3）。

渦旋光軌道角動(dòng)量（OAM）在高容量光通信、量子信息處理和多維光學(xué)傳感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，在多模光纖等強(qiáng)散射介質(zhì)中傳輸時(shí)，光場(chǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)被嚴(yán)重?cái)_亂。傳統(tǒng)基于高分辨率成像的識(shí)別方法通常需記錄數(shù)萬(wàn)像素的圖像信息，不僅帶來(lái)巨大的計(jì)算與存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)、系統(tǒng)成本高昂，其實(shí)時(shí)性與可擴(kuò)展性也受到顯著制約。如何在極低采樣條件下實(shí)現(xiàn)高精度的渦旋光及圖像信息識(shí)別，一直是該領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵科學(xué)難題。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種散射驅(qū)動(dòng)的空間復(fù)用點(diǎn)探測(cè)（Spatially Multiplexed Points Detection, SMPD）方案，將散射介質(zhì)從“干擾因素”轉(zhuǎn)化為高效的信息編碼器。該方法僅需從散斑場(chǎng)中稀疏采集少量空間點(diǎn)的強(qiáng)度信息，并結(jié)合定制化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即可在單次曝光條件下實(shí)現(xiàn)渦旋光模式的高精度識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在采樣率低至0.024%（僅16個(gè)探測(cè)點(diǎn)）時(shí)，OAM識(shí)別準(zhǔn)確率仍可超過(guò)99%，相較于傳統(tǒng)成像方法，采樣量降低約4096倍。

時(shí)空交錯(cuò)渦旋光束傳輸?shù)木幋a與解碼過(guò)程示意圖

此外，該方法在時(shí)空交織渦旋光解碼、高容量OAM復(fù)用光通信以及圖像分類(lèi)等任務(wù)中均取得良好效果，展現(xiàn)了其在復(fù)雜光場(chǎng)識(shí)別與通用模式分類(lèi)方面的強(qiáng)大泛化能力。該技術(shù)有望顯著降低對(duì)高分辨率相機(jī)的依賴(lài)，為光通信、光纖傳感和計(jì)算成像等領(lǐng)域提供一種低成本、高性能且易于擴(kuò)展的解決方案。

基于SMPD的灰度圖像與手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別結(jié)果

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目的支持。論文第一完成單位為華僑大學(xué)，2023屆碩士畢業(yè)生王志遠(yuǎn)與2022屆碩士畢業(yè)生李浩然為共同第一作者，華僑大學(xué)陳子陽(yáng)教授以及深圳大學(xué)袁小聰教授、香港理工大學(xué)賴(lài)溥祥教授為共同通訊作者。

（責(zé)編：陳宇軒）