中國(guó)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(gè)幾何相位元件的偏振和相位多維調(diào)控方法，成功實(shí)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 of arbitrary vector vortex beam using a single q-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(wèn)世以來(lái)，對(duì)激光光場(chǎng)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(diǎn)，其中自旋-軌道角動(dòng)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(shí)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(dú)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(shí)使用多個(gè)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(wèn)題。
 

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(guò)程
 

　　鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)單個(gè)q波片的自旋-軌道角動(dòng)量轉(zhuǎn)換對(duì)光束的相位和偏振進(jìn)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(duì)光束的幾何相位進(jìn)行調(diào)控，產(chǎn)生了相位和偏振拓?fù)浜删哌_(dá)16階的矢量渦旋光束，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高階矢量渦旋光束任意偏振分布的靈活操控。團(tuán)隊(duì)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(guò)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(duì)矢量渦旋光束傳播過(guò)程中的偏振演化進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
 

圖2：高階矢量渦旋光束的實(shí)驗(yàn)生成及表征
 

　　中國(guó)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(guó)際量子研究院、合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。