相干结构是光场调控的一个重要自由度，它主要用来表征部分相干光场的二阶统计特性。相比于振幅、相位、偏振态等确定参量，相干结构在光场调控方面展现出诸多新奇特性和强大的能力。 近年来，众多研究给出如何精准调控和测量相干结构分布的方法。基于相干结构调控的部分相干光场由于具有抗湍流扰动、遇障碍物后超强自修复特性及减少散斑噪声等方面的独特优势，在自由空间光通信、激光材料处理、光学成像与加密、微粒操控等领域有着重要的应用价值。另一方面由于光场多自由度特性，利用光场调控实现光学信息传输与恢复一直是光学中的研究热点。 已有的研究表明，光场的波长、振幅、相位、偏振态、角动量等参量都可用于信息传输。然而当光场在复杂环境中传输，如大气湍流、障碍物遮挡等，以上参量很容易受到环境扰动影响而受到破坏，从而使得信息失真严重。但正如上面所述，部分相干光场具有强大的抗环境扰动能力。因此，利用光场相干结构作为信息的新载体有望实现复杂环境中信息的保密可靠传输。 山东师范大学蔡阳健教授团队与苏州大学王飞教授及美国迈阿密大学Olga Korotkova教授合作提出了一种基于光场相干结构调控实现远场鲁棒性光学成像方法。该工作首先基于范西特-泽尼克原理将光学图像信息加载到部分相干光场的空间相干结构中，实验系统如图1所示。
众所周知，由于衍射存在，光场的相干结构随着传输距离增加而发生改变，从而信息存在丢失。蔡阳健教授团队等人提出在携带图像信息的相干结构中引入可控的交叉相位结构，通过相位调控确保相干结构具有远场传输不变性（如图2所示）。在接收面处，基于散斑光强统计得到远场相干结构的模。最后利用FPR算法成功从相干结构的模中恢复出图像信息，最终实现图像远场传输。
实验结果表明，光场的空间相干结构在通过热湍流后仍然能保持其稳定的空间结构分布（如图3所示），这为加载的光学信息在复杂湍流环境仍然能够高质量恢复提供了可能。对此，作者进行了理论分析和实验验证，结果表明，基于光场相干结构调控的远场光学成像手段在复杂环境（例如大气湍流）中具有鲁棒特性（如图4所示）。另外，比起传统的光学自由度，相干结构作为光学信息传输载体无法直接观测，从而具有很好的隐蔽性和安全性。该研究结果有望应用于远距离湍流大气中光学信息加密、传递与通讯。
图3 大气湍流中远场相干结构的模的实验结果图，T=0℃表示自由空间
该工作以“Robust far-field imaging by spatial coherence engineering”为题作为封面文章发表在英文期刊Opto-Electronic Advances 2021年第12期。
研究团队简介
山东师范大学光场调控及应用中心（http://www.gctk.sdnu.edu.cn/）成立于2018年5月，同年该中心入选山东省光场调控工程技术研究中心，中心主任为国家杰出青年科学基金获得者、美国光学学会会士蔡阳健教授。中心紧密结合国家重大需求及山东省新旧动能转重大工程优先发展领域，主要开展新型光场时空调控及其在复杂环境光通讯、精密光学加工、激光雷达探测、光学成像等新一代信息技术中的应用。目前该中心拥有教授7名（其中国家杰青1名，泰山学者青年专家3名），副教授9名，讲师18名，实验员3名。2018年至今，该中心获国家自然科学基金项目39项、省部级项目二十多项，在Physical Review Letters、ACS Photonics、Nanophotonics、Physical Review Applied等期刊发表高水平SCI论文150多篇，邀请综述论文13篇。 蔡阳健，男，1977年出生，博士，国家杰出青年科学基金获得者、美国光学学会会士、全国百篇优秀博士学位论文获得者、德国洪堡基金获得者、山东师范大学物理与电子科学学院院长、苏州大学特聘教授。长期从事光场调控及应用研究，在光场相干性调控方面取得了系统性成果，在权威刊物发表SCI收录论文400多篇，发表邀请综述论文20篇，英文专著章节2章，获发明专利授权35项。获教育部高等学校科学技术奖自然科学奖二等奖、江苏青年光学科技奖。主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大项目课题、国家自然科学基金委“新型光场调控物理及应用”重大研究计划重点项目、国家自然科学基金面上/青年、国家重点研发计划子课题、全国百篇优秀博士学位论文专项基金等项目。入选“2010年江苏省十大青年科技之星”，2014-2020连续7年入选Elsevier发布的“中国高被引用学者榜单（物理学和天文学）”，2021年获“第十届山东省优秀科技工作者”称号。担任Integrated Opticsand Lightwave: An International Journal (OPTLJ)主编、Journal of the European Optical Society-Rapid Publications副主编、Journal of Optical Society of America A专题编辑、PhotoniX专题编辑、Photonics专题编辑、Progress in Optics编委、《中国激光》编委、《现代物理》编委、中国激光杂志社青年编辑委员会副主任等。 论文原文：