光纖作為長距離光傳輸、光操控及增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用的卓越平臺，持續(xù)推動著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。近日，馬克斯·普朗克光科學(xué)研究所（MPL）"超快與扭曲光子學(xué)"研究團(tuán)隊成功研制出一種革命性空心光纖，該光纖能根據(jù)光學(xué)渦旋的螺旋性進(jìn)行選擇性導(dǎo)光，在手性傳感、渦旋模式生成和光通信領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《ACS Photonics》期刊。

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空心光纖

除長距離光傳輸外，光波導(dǎo)技術(shù)還為增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用和調(diào)控導(dǎo)光特性提供了便捷途徑。在眾多光學(xué)屬性中，純偏振態(tài)對諸多應(yīng)用與研究領(lǐng)域具有關(guān)鍵意義。經(jīng)過多年發(fā)展，科學(xué)家已研發(fā)出多種能保持線偏振和圓偏振長距離傳輸?shù)牟▽?dǎo)與結(jié)構(gòu)材料，并實(shí)現(xiàn)了對這些偏振態(tài)的高精度分析。過去二十年間，具有復(fù)雜偏振態(tài)（如光學(xué)渦旋）的光束也獲得了廣泛應(yīng)用。

近年來，支持光學(xué)渦旋傳輸?shù)墓饫w技術(shù)為利用光攜帶的軌道角動量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)用開辟了新路徑，顯著提升了光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。光學(xué)渦旋技術(shù)更被應(yīng)用于制藥行業(yè)的手性鑒別和電子運(yùn)動控制領(lǐng)域。這些突破性進(jìn)展使得開發(fā)能區(qū)分光學(xué)渦旋螺旋性的新型光學(xué)元件成為研究熱點(diǎn)，但現(xiàn)有相關(guān)結(jié)構(gòu)材料尚無法實(shí)現(xiàn)高精度鑒別。

MPL團(tuán)隊的研究突破了傳統(tǒng)線偏振和圓偏振的光操控范式，成功開發(fā)出具有強(qiáng)螺旋二色性的新型空心波導(dǎo)。該波導(dǎo)的光學(xué)衰減特性與導(dǎo)光軌道角動量直接相關(guān)，能選擇性傳輸特定螺旋性的光學(xué)渦旋，同時對反向螺旋性渦旋產(chǎn)生顯著衰減。這種空心波導(dǎo)還可針對其他光學(xué)系統(tǒng)無法覆蓋的光譜區(qū)域進(jìn)行定制設(shè)計，通過填充液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)長距離光-物質(zhì)相互作用研究。

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實(shí)驗裝置示意圖

這項突破性技術(shù)有望催生具有卓越鑒別能力的新型器件，其性能可與晶體偏振器實(shí)現(xiàn)的線偏振鑒別相媲美，甚至實(shí)現(xiàn)超越。這項創(chuàng)新不僅為光學(xué)操控開辟了新維度，更為量子技術(shù)、生物傳感和先進(jìn)通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.4c02019