「科技工作者」新型超表面发出世界上第一束超手性光超表面产生的超手性扭曲光

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超表面产生的超手性扭曲光，轨道角动量(OAM)高达100 。
据《自然·光子学》杂志报道，南非金山大学（UW）、科学与工业研究理事会（CSIR）、美国哈佛大学（HU）和新加坡国立大学（NUS）等联合开发了一种新型激光器。
这种激光器能够根据需求，产生具备超高角动量的高纯度“扭曲光” ，有望作为“光扳手”用于光通信领域的信息编码技术。
UW物理学院教授AndrewForbes说：“如果光具备角动量，就能够转移到物质上。光的角动量越高，传递的信息就越多。 ”
HU设计的全新激光控制纳米尺寸超表面使激光设计具备可行性。超表面由大量纳米棒构成，当光通过时，纳米棒可以改变光的方向。光多次穿过超表面时，每次都会产生新的扭曲。 Forbes解释说：“如果想用光控制手性物质，那么这种光只能是高扭曲度的超手性光。包括食品、计算机和生物医学在内的诸多领域，都需要应用超手性光来改善它们的工艺过程。我们希望用这种类型的光在物理机械系统无法工作的地方驱动‘齿轮’ ，例如微流体系统中的流体驱动。在超手性光的帮助下，我们甚至能够完成药物的芯片实验室（LOC）研究。 ”
“手性”是化学领域用于描述镜像化合物的术语。手性化合物可能具有“左旋”或“右旋”手性。光也具有手性，分为自旋（偏振）和轨道角动量（OAM）。自旋角动量（SAM）与行星自转类似，而OAM类似于行星公转。
【「科技工作者」新型超表面发出世界上第一束超手性光】Forbes说：“在光源处实现光的手性控制很有针对性，也很有挑战性。完全手性控制意味着你需要控制光的完整角动量、偏振和OAM 。 ”
虽然已经有一些巧妙的方案实现了OAM光束螺旋度（自旋与线性运动的组合）的控制，但受设计和技术限制，它们存在对称模式集的局限。
在Forbes等的研究中，激光利用超表面赋予光极高的角动量（AM），使其在相位上产生前所未有的“扭曲” ，并同时控制了偏振。而通过任意的AM控制，可以打破标准的自旋轨道对称性，使激光器在光源处产生完全的AM控制。由此，激光可以同时在10和100的OAM状态下产生创纪录的AM 。在特殊情况下，超表面被设置为能产生对称态，随后激光再产生优先级OAM状态。
Forbes说：“令人振奋的是，我们开发的技术适用于多种激光架构。例如，我们可以通过增加增益体积和超表面尺寸产生高功率激光，或者通过使用单片超表面设计将系统‘缩放’到芯片上。在这两种方案中，激光模式都只将由光泵的偏振控制，而不涉及腔内元素。我们的成果，将对激光与芯片的融合研究产生重要的推动作用。 ”
编译：雷鑫宇审稿：阿淼责编：唐林芳
期刊来源：《自然·光子学》
期刊编号：1749-4885
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/uotw-nml042720.php
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