导师序言

　　在光学两千多年的发展历史中，人们对光的认识、研究、开发，通常都发端于、也依赖于对其物理自由度的探索。从早期的时域强度（振幅）到近代光学的频率（波长）、相位、偏振等自由度的发现、研究和应用，人类得以逐步深入理解并利用光的性质。近年来，随着研究人员对光场空间结构的理解不断加深、控制能力不断增强，结构光凭借其丰富的物理特性受到学术界的广泛关注。

　　从光的强度、频率到偏振、相位、轨道角动量，光学自由度作为信息的承载空间、调制空间、表达空间，显著增强了人们对信息的驾驭能力。面向新一代信息技术的迫切需求，结构光的空间自由度有望为光通信、经典纠缠、光学密钥分发/共享等典型应用提供极具潜力的解决方案。在这个背景下，如何设计、定制、利用多自由度结构光场，实现信息技术应用的性能突破，成为多自由度结构光场研究亟待解决的重大课题。

　　本书以多自由度波-迹几何光束作为研究对象，立足于结构光场调控研究的国际前沿，选题新颖，具有重要的理论意义和实用价值。作者万震松博士清晰地阐述了所开展的系列化创新工作：① 建立了广义三维波包-轨迹耦合光场统一理论，揭示了波-迹几何光束的光束振荡方向、光束折返位置、相干态相位、子光束轨道角动量等多个全新内禀自由度的调控机理；② 提出了数字化全域调控波-迹几何光束的创新技术路线，展现了结构简单紧凑、灵活按需定制、可编程自由调控、参数全域覆盖的优势；③ 突破了波-迹几何光束的高效识别和高维信息解复用技术，提出了高维多自由度光通信载波的新概念，提升了自由空间光通信模式复用数量，降低了信息解复用误码率；④ 建立了标量结构光开展多体经典纠缠的理论模型和实验方法，利用波-迹几何光束的光束振荡方向、光束折返位置和中心轨道角动量三个内禀自由度，完成了三体八维经典纠缠态的构建和态层析测量。

　　本书既适合从事结构光场调控、结构光场应用研究的人员参考，也为对多自由度波-迹几何光束及其应用感兴趣的研究生提供了有价值的阅读材料。

付星

清华大学精密仪器系

2024年8月于北京