近日，山东师范大学物理与光电学院蔡阳健教授团队在国际光学顶级期刊《Advanced Photonics》（影响因子19.5）发表题为“Spatiotemporal coherence engineering of light”的研究论文。该工作首次建立了时空van Cittert-Zernike定理，将光场相干性调控从传统空间维度拓展至时间-空间联合维度，并首次在飞秒（10^-15秒）尺度上实现了光场时空相干宽度与关联结构的精确设计，为超快激光相干性研究开辟了新的调控自由度。山东师范大学为第一完成单位，青年教师刘欣博士为第一作者，蔡阳健教授、西湖大学詹其文教授和加拿大达尔豪斯大学Sergey A. Ponomarenko教授为通讯作者。
人类对光的掌控始于古人利用铜镜聚光的智慧，如今已迈入可实现四维操控的量子时代。光操控技术的每一次飞跃，都是推动人类文明进步的重要动力。从古罗马人以镜聚日，焚毁敌舰，到英国科学家托马斯·杨通过双缝干涉实验揭示光的相干性，人类对光的操纵已从简单的强度调制逐步扩展至更高维度的探索。然而，长期以来，时空光场调控主要局限于相干脉冲的确定性结构，而对光的高阶统计参量如相干性的精准操控却一直没有突破，部分相干时空波包这片充满潜力的“新大陆”也因此尚未被真正开发。
研究团队创新性地建立了 van Cittert–Zernike 定理的时空形式，并在此基础上构建了一套能够在时间和空间两个维度精准“雕刻”光场相干性的理论与实验框架。通过对啁啾超短脉冲进行非相干调制，团队不仅实现了超快激光时空相干宽度的连续可调，还成功制备了具有特定关联结构的部分相干时空波包。
实验进一步表明，这类部分相干时空波包在自由空间和色散介质中的演化规律，显著不同于传统准单色部分相干光。该成果为动态与无损成像、抗扰信息传输、远程探测、非线性频率转换以及复杂介质中的光场调控提供了新的物理自由度和技术路径。该工作将推动结构光的调控范围由传统的振幅、相位和偏振等确定性自由度，拓展至统计意义上的时空相干自由度，为随机光场和部分相干时空光学的发展奠定了理论与实验基础。
该项研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金合作创新研究团队项目、国家自然科学基金理论物理专项等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1117/1.AP.8.4.046013
