北京理工大学光电学院付时尧教授、高春清教授团队联合中国科学技术大学周志远副教授、新加坡南洋理工大学Yijie Shen南洋助理教授、南非威特沃特斯兰德大学Andrew Forbes院士共同完成的长综述论文“Orbital angular momentum tailoring toward high-dimensional photonics”，正式受邀在光学权威杂志Photonics Insights上刊发，北京理工大学为该综述的第一完成单位和共同通讯作者单位。该论文由付时尧教授担任文章第一作者，2024级博士生陆睿韬担任学生第一作者，付时尧教授、周志远副教授和Yijie Shen助理教授共同担任文章通讯作者，整套研究相关工作得到国家自然科学基金原创探索计划项目和北京市自然科学基金青年科学基金重点项目的正式经费支持。该综述系统完成了高维结构光场调控领域全链路最新进展的梳理汇总，进一步明确了高维轨道角动量光场在后续大规模高容量激光通信、多功能激光雷达、高维量子信息等前沿应用场景中的发展方向，为整个高维光子学领域的后续研发工作提供了体系化的权威参考框架。

光的轨道角动量是激光器光场的核心自由度之一，其本征值理论上可以取任意整数，这一与生俱来的高维特性，使得轨道角动量光场在经典光学与量子光学的各类前沿应用场景中，展现出远超常规平面光场的独特性能优势，近年来相关领域的研究热度持续快速上升。轨道角动量光场的按需精准调控，是所有相关下游应用落地的核心底层技术基础，近年来该领域的技术路线已经从早期的单一模式轨道角动量生成调控，逐步拓展到多轨道角动量模式协同调控的全新技术阶段，直接依托该类高自由度的光场调控技术，催生了高维光子学这一全新的独立前沿研究方向。该受邀发表的权威长综述，从全链条的视角覆盖了整个高维轨道角动量研究领域的发展全貌，完整梳理了相关技术从早期基础原理探索到当前多类应用落地的全部演进路径。

综述开篇部分首先明确了轨道角动量的基础物理特性，及其在整个高维光子学体系中的核心基础性地位，系统性厘清了该物理自由度与其他光场调控维度之间的内在关联逻辑，明确了其支撑高维光子学体系各类前沿应用的底层物理根基。在此之后，综述系统汇总了当前已发展成熟的多类基于轨道角动量的高维光场构建全链路技术方案，覆盖的核心技术方向包括高维轨道角动量光梳技术、轨道角动量相关经典不可分离态调控技术、超自由度光束技术、光学准粒子工程技术以及时空轨道角动量光场调控技术，每一类技术路线都详细梳理了其技术演进脉络、核心器件架构和当前可实现的性能指标上限。其中高维轨道角动量光梳技术，依托北京理工大学团队此前发布的混合智能调控方案，仅通过单次纯相位调制操作就可以实现多路高维OAM光梳的同步生成与空间多播输出，彻底摆脱了传统级联大体积光路的技术限制，实验完成的八路并行OAM光梳每一路都可支持1024维符号编码，生成的OAM谱平均均方根误差仅为0.069，相关成果此前已发表于Light: Science & Applications期刊；超快光纤激光架构下的可重构OAM光场生成技术，已经可实现84类不同结构光场模式的按需切换，覆盖拉盖尔-高斯、厄米-高斯等全系列典型结构光场输出，可直接作为高功率主振荡器放大系统的种子源使用。

在技术体系梳理完成之后，综述进一步系统性探讨了高维轨道角动量调控技术，在非线性光学与量子光学两类前沿学科方向中催生的一系列全新物理现象，直接覆盖了从光场调控底层新效应探索到高维量子信息应用拓展的完整研究链条。其中高维OAM纠缠光子对的调控技术，依托逆向设计方案定制化优化泵浦光束的空间分布，可以精准操控自发参量下转换过程生成的纠缠光子对的轨道角动量量子态，实现更高维度的量子纠缠资源生成；依托量子态保真度损失函数优化的残差卷积神经网络技术，可在单帧畸变散斑图中直接完成九维轨道角动量态的高精度重构，平均保真度达到97.2%，即使仅保留原数据的6.25%仍可维持91.9%以上的保真度，实现强散射环境下高维OAM光场的稳定传输；此前已落地的量子频率转换技术，可完成393nm紫外光子到1550nm通信波段的高效低噪声转换，转换效率达到28.8%，为基于轨道角动量自由度的高维量子中继系统构建提供了核心器件支撑。

在系统梳理完全领域技术与物理效应进展的基础上，综述的最后部分集中介绍了当前高维轨道角动量调控技术已经完成落地验证的多类实际应用场景，逐一分析了不同应用方向当前面临的核心技术挑战，明确了高维轨道角动量相关技术在下一代光电子系统中落地应用的整体发展路径。在大规模高容量激光通信场景下，高维OAM光梳多播加密通信系统已经完成六路一对多并行加密图像传输实验，依托融合Unary编码与Binary编码的加密协议，即使窃听者获取全部编码位数信息，采用常规解码方式得到的误码率仍趋近于0.5，完全无法获取有效信息，整套系统仅依托可编程纯相位调控器件即可运行，无需额外复杂光学元件，具备极强的工程落地潜力。

在多功能激光雷达场景下，依托超快轨道角动量结构光场的空间多维度调控能力，可在传统测距功能的基础上进一步拓展多目标并行识别、复杂环境抗散射成像等全新功能，大幅提升车载激光雷达在复杂雨雾场景下的探测鲁棒性。在高维量子信息场景下，基于轨道角动量自由度的高维量子门操作已经完成实验验证，依托该维度构建的高维量子密钥分发系统可直接大幅提升单光子携带的量子信息比特数，显著提升量子通信系统的密钥生成率与噪声容忍能力。

该综述系统性覆盖了轨道角动量从基础物理特性、全链路调控技术到前沿应用场景的完整研究版图，为整个高维光子学领域后续的学术研究、技术迭代与产业落地提供了体系化的权威参考框架，直接推动轨道角动量相关研究从单点技术突破向体系化全链路落地的方向持续演进，为下一代超大容量智能光网络、高维度量子信息体系、新一代智能激光雷达等前沿技术方向的快速发展提供了清晰的技术演进指引。

DOI: 10.3788/PI.2026.R10

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