中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王安廷副教授課題組提出一種基于單個幾何相位元件的偏振和相位多維調(diào)控方法，成功實現(xiàn)了高階矢量渦旋光束的產(chǎn)生和調(diào)控。相關(guān)研究成果于3月17日以“Generation ofarbitrary vector vortex beam using a singleq-plate”為題發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域知名期刊《Laser&Photonics Reviews》上。

自激光問世以來，對激光光場的多維度調(diào)控一直是光學(xué)領(lǐng)域的研究前沿與應(yīng)用熱點，其中自旋-軌道角動量協(xié)同調(diào)控下兼具多種物理特性的矢量渦旋光束備受青睞。矢量渦旋光束同時具有橫截面各向異性的偏振分布和螺旋相位分布，其偏振和相位可獨立地調(diào)控，在激光加工、高分辨率成像、光學(xué)通信等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但目前可調(diào)節(jié)的矢量渦旋光束生成方法通常需要同時使用多個調(diào)制器件或者昂貴的可調(diào)液晶相位延遲器，傳統(tǒng)矢量渦旋光束產(chǎn)生方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、調(diào)控靈活度較低是亟待解決的問題。

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圖1.相位延遲系統(tǒng)的偏振調(diào)控和龐加萊球上偏振演化過程

鑒于此，研究團隊通過單個q波片的自旋-軌道角動量轉(zhuǎn)換對光束的相位和偏振進行調(diào)制，并利用傳統(tǒng)光學(xué)元件組成了可調(diào)相位延遲系統(tǒng)，代替電控液晶相位延遲器對光束的幾何相位進行調(diào)控，產(chǎn)生了相位和偏振拓撲荷均高達16階的矢量渦旋光束，實現(xiàn)了對高階矢量渦旋光束任意偏振分布的靈活操控。團隊還利用傳統(tǒng)龐加萊球的幾何性質(zhì)描述提出的相位延遲系統(tǒng)的偏振調(diào)控過程，利用雜化龐加萊球描述生成的矢量渦旋光束，展示了傳統(tǒng)龐加萊球與雜化龐加萊球之間的映射關(guān)系，并對矢量渦旋光束傳播過程中的偏振演化進行了系統(tǒng)的分析。

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圖2.高階矢量渦旋光束的實驗生成及表征

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院光學(xué)與光學(xué)工程系博士后姚俊娜和博士生吳水梅為論文共同第一作者，王安廷副教授為論文通訊作者。深圳國際量子研究院、合肥國家實驗室劉駿秋研究員，上海理工大學(xué)詹其文教授為論文共同作者。本工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點研發(fā)計劃等項目支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/lpor.202402290