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返回列表現代工學院徐挺教授、陸延青教授團隊在多維度光學信息檢測研究方向取得新進展 - 2020/8/4 9:20:00
近日,現代工學院徐挺教授和陸延青教授團隊提出一種可同時對入射光場的偏振信息、軌道角動量信息和波長信息產生響應的集成化全介質超構表面。該研究成果以"Broadband Detection of Multiple Spin and Orbital Angular Momenta via Dielectric Metasurface"為題,發表于知名光學期刊《Laser & Photonics Reviews》。(LPR 2020, 2000062. https://doi.org/10.1002/lpor.202000062 )。 光場的多維調控是微納光學的重要研究方向,而超構表面在光場調控中的優異表現有目共睹,因此研究者開始關注超構表面的復用和多種功能一體化實現,從而進一步推動集成納米光子學的發展。其中復用是通訊和計算機網絡中的常用概念,意為在一個信道上傳輸多路信號或數據,而在光學中通常意味著多個自由度作為獨立的信號通道。利用各項異性結構單元實現偏振復用是復用超構表面的常用解決方案之一,此外超構表面可控的自由度還有波長、角度和模式等,通過結構設計可以將多個信息維度和功能集成到同一超構表面上。在超構表面相關的光場調控應用中,軌道角動量作為光場重要的內稟性質,在光場成像、全息及通信等領域都有著重要應用,因此相關的研究方向一直以來廣受研究者關注。 在以往的研究中,OAM檢測的實現手段包括等離激元光學器件,變換光學系統和達曼渦旋光柵等。無疑這些方法給OAM的檢測提供了新的思路,但同時也帶來了其他限制。針對以上問題,該研究提出一種基于單層全介質超構表面的OAM解復用器件,可以用于光場信息的多維度檢測,包括光的SAM信息,OAM信息和波長信息。超構表面的設計結合了兩種類型的光學相位調制,包括幾何相位和動態相位,可以解決SAM信息丟失的問題。而介質材料在可見光波段的低損耗特性可以進一步提高透射型器件的效率。當攜帶不同SAM和OAM模式的共軸光束經過該解復用器件后,被衍射為一系列沿不同波矢方向傳輸的渦旋光束。入射光的本征SAM和OAM信息被轉化為光場強度的空間分布信息,可以通過成像系統進行采集和分析。此外,由于超構表面的寬帶響應特性和動量守恒原則,該器件可以進一步對波長信息進行解復用。通過該器件可以將帶有不同SAM,OAM和波長信息的復雜疊加場解復用,并將三個信息維度作為獨立信道處理。因此該器件有望在集成化的微納光學系統和量子通信系統中發掘應用。該器件能夠直觀建立起光場多維信息與光場分布圖樣的聯系,對于提高系統的信息容量有著重要意義。而由于超構表面的平面結構和超薄化等特點,該解復用器在集成光通信系統和量子信息系統中有著廣闊的應用前景。 南京大學現代工程與應用科學學院17級博士生張思博為論文第一作者,徐挺教授、陸延青教授為共同通訊作者,霍鵬程同學、陳鵬副研、劉明澤同學對本文亦有重要貢獻。該研究由國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費等項目資助完成。
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