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近日，黄色仓库-黄色仓库入口 付时尧教授、高春清教授团队报道了一种多路高维轨道角动量（OAM）光梳同时调控分发的加密通信技术。团队提出了通过单次纯相位调制实现多路高维OAM光梳生成与空间多播输出的紧凑化技术方案，革新了当前依赖大体积级联光路的技术路线。在此基础上，团队提出了一种融合Unary编码与Binary编码的加密OAM编码协议，构造了一对多高维OAM光梳加密通信网络，实现了基于单张纯相位全息图的高维、多用户、并行激光通信，为未来构建大规模光通信网络提供了全新方案。该研究成果以" Hybrid intelligent strategy driving high-dimensional encrypted orbital angular momentum comb multicasting towards optical data-transmission networks" 为题发表在顶刊 Light: Science & Applications（SCI一区，IF：24）。该研究工作得到了基金委原创探索计划项目的支持，黄色仓库 是唯一第一及通讯作者单位，黄色仓库-黄色仓库入口 2023级博士研究生周诗韵为第一作者，付时尧教授为通讯作者。

图1. 混合智能驱动的高维OAM光梳多播通信

随着全球数据流量持续爆发式增长，当前光通信系统正面临带宽资源逼近物理极限、系统复杂度持续攀升等瓶颈。激光携带的OAM因其固有的高维特性，被认为是进一步提升激光通信系统性能的重要物理维度。目前，国内外学者已经提出了包括OAM模式复用、OAM键控等多种OAM激光通信技术方案，但它们通常适用于一对一的数据传输场景，且数据编码维度有限，光子效率很难进一步提升。此外，随着模式重构技术发展，OAM通信在安全性方面面临的挑战日益严峻。

针对这一问题，付时尧教授、高春清教授团队提出了混合智能驱动的高维OAM光梳多播通信技术，如图1所示。该技术的核心包括两部分，即多路OAM光梳的同时调控技术和混合OAM加密编码协议。其中，“OAM光梳”是由多个OAM模式按照特定规则组合形成的结构化集合，其能够在单个OAM光梳中同时承载大量信息，大幅提升通信维度与效率。然而，高维OAM光梳具有复杂空间结构，迭代算法难以直接实现高维高精度调控。依托团队提出的混合智能策略（Hybrid Intelligent Strategy），能够有效将深度学习驱动的OAM模式生成与物理约束下的衍射矢量调控相结合，通过单次纯相位调制即可同时完成多路OAM光梳生成与空间多播输出，避免了传统系统依赖的大体积级联光路结构，实现了高维OAM模式的紧凑化、一体化调控。如图2所示，通过衍射理论设计相位分布，精确控制光场传播方向与初始相位；利用神经网络生成全息图，高效解决多模式OAM叠加的强度串扰问题。最终实现了多路OAM光梳的同时按需调控。

图2. 混合智能策略流程图

在混合OAM加密编码方面，团队提出了一种融合Unary编码与Binary编码的OAM加密编码协议。如图3所示，该协议利用特定OAM模式作为“判别位”，动态切换不同编码分支，在保证高维传输容量的同时显著增强系统安全性。即使窃听者已知编码位数，仅依赖传统单态或多态解码方式也无法恢复有效信息。

图3. OAM加密编码协议

在实验中，研究团队实现了四路、六路与八路OAM光梳并行多播传输，每一路均支持1024维符号编码，如图4所示。实验结果表明，系统生成的OAM光梳与理论设计高度一致，平均OAM谱均方根误差（RMSE）仅为0.069，验证了该方法优异的调控精度与可扩展性。

图4. 四路、六路与八路OAM光梳并行多播传输

在此基础上，研究团队搭建了一个六路高维OAM光梳一对多数据传输系统，实现了不同图像内容的“一对多”并行加密传输，如图5所示。实验中，不同用户可同时接收各自独立图像，并且，在融合Unary编码与Binary编码的OAM加密编码协议编码后，采用普通的OAM键控通信协议译码BER趋近于0.5，即无法解译。此外，整个系统完全基于可编程纯相位调控实现，无需额外复杂光学元件，具备较好的工程应用潜力。

图5. 6路高维OAM光梳一对多数据通信结果

该工作不仅为高维OAM通信提供了一种可扩展的新架构，也为未来超大容量光通信组网、高维光子学以及加密安全等方向提供了新的技术路径，有望推动了下一代智能光网络的发展。

论文链接：//doi.org/10.1038/s41377-026-02386-3

第一作者：

周诗韵，黄色仓库-黄色仓库入口 2023级博士研究生，现任博士物电班党支部书记，导师为付时尧教授，主要研究方向为激光光场智能调控技术，入选中国科协青年科技人才培育工程博士生专项计划。以第一作者在Light: Science & Applications, Photonics Research, Optics Letters等发表论文9篇，以学生第一发明人申请发明专利 5项，已获授权3项，获国家奖学金，周立伟奖学金等荣誉。

通讯作者：

付时尧，黄色仓库 教授、博导，国家级青年人才，北京市杰青。长期从事激光光场调控技术及应用研究，近五年主持基金委原创探索计划（含延续资助）、国家重点研发计划等项目十余项，出版专著2部，以第一或通讯作者在Light: Science & Applications、Advanced Photonics、Nature Communications等发表论文70余篇，获授权发明专利27项。曾入选博新计划，获北京市自然科学二等奖（序1）、中国电子学会优秀博士论文奖、王大珩光学奖等。现为中国光学学会激光专委会委员、中国电子学会量子电子学与光电子学分会委员、美国光学学会资深会员（Optica Senior Member）、中国激光杂志社第三、四届青年编委员会委员、Photonics Insights、Opto-Electronic Advances、《光学学报》等期刊青年编委、《红外与激光工程》青编委会执行委员会委员等。