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「科技工作者」新型超表面发出世界上第一束超手性光


「科技工作者」新型超表面发出世界上第一束超手性光
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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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