近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所王俊研究員團(tuán)隊(duì)基于全介質(zhì)超表面在近紅外波段產(chǎn)生完美渦旋光束以及調(diào)制其拓?fù)潆姾傻鹊奶匦苑矫嫒〉眠M(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Generation and control of high-reflection-efficiency perfect vortex beams based on all-dielectric metasurfaces”為題發(fā)表于Chinese Optics Letters。

近年來(lái)，具有獨(dú)立螺旋波前相關(guān)的軌道角動(dòng)量的完美渦旋光束由于其光束直徑與拓?fù)潆姾蔁o(wú)關(guān)而受到廣泛的關(guān)注。完美渦旋光束有望在光纖通信、粒子操縱、量子信息等方面取得重大進(jìn)展。目前，通過(guò)反射式全介質(zhì)超表面產(chǎn)生高反射效率的完美渦旋光束報(bào)道較少，大多是通過(guò)金屬等來(lái)操控。此外，產(chǎn)生完美渦旋光束的方法大都基于軸棱錐來(lái)產(chǎn)生，環(huán)寬相對(duì)較寬，且環(huán)上的光功率密度相對(duì)較弱。

研究人員設(shè)計(jì)了全介質(zhì)超表面，結(jié)合貝塞爾相息圖、螺旋相位板以及傅里葉變換透鏡，通過(guò)PB相位調(diào)制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了完美渦旋光束的產(chǎn)生，反射效率可高達(dá)90.17%。完美渦旋光束拓?fù)潆姾梢约碍h(huán)寬與直徑的靈活操控可通過(guò)調(diào)制不同的相位參數(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，還演示了基于達(dá)曼光柵實(shí)現(xiàn)4通道完美渦旋光束陣列的產(chǎn)生，光束的均勻度為40%。該研究從仿真與實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了高反射效率完美渦旋光束的產(chǎn)生，這將對(duì)實(shí)現(xiàn)緊湊型、多功能片上集成光子器件具有重要意義。

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圖1.反射式完美渦旋光束產(chǎn)生示意圖

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圖2.反射式完美渦旋光束實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。(a)實(shí)驗(yàn)裝置。(b) - (g)拓?fù)潆姾煞謩e為1、−1、2、−2、3和−3時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(h) - (i)完美渦旋光束陣列實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(j)制備超表面樣品的SEM圖像。(k)局部SEM放大圖。(l)模擬與實(shí)驗(yàn)環(huán)直徑結(jié)果對(duì)比。(m) 模擬與實(shí)驗(yàn)完美渦旋光束環(huán)寬結(jié)果對(duì)比。(n) - (q)完美渦旋光束與球面波干涉結(jié)果。

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

原文鏈接：http://dx.doi.org/10.3788/COL202523.103601