湖南大學(xué)物理與電子學(xué)院羅海陸教授課題組采用電介質(zhì)q片和螺旋相位片的組合產(chǎn)生了混合階龐加萊球上任意點(diǎn)的矢量渦旋光束。這一方案有望實(shí)現(xiàn)多個(gè)具有不同功能的光學(xué)元件的集成，在未來的光子學(xué)與光電子學(xué)中將會(huì)有重要的應(yīng)用。
矢量渦旋光束是指在光束橫截面上同時(shí)具有非均勻偏振態(tài)和螺旋相位結(jié)構(gòu)的新型激光光束，它在激光加工、粒子操控、量子信息等方面有著重要的應(yīng)用前景。與矢量光束或者渦旋光束相比，矢量渦旋光束在光與物質(zhì)相互作用中具有更多的自由度。
目前，利用空間光調(diào)制器、基于液晶的偏振轉(zhuǎn)換器、激光諧振腔等都已能夠產(chǎn)生矢量渦旋光束。然而，這些方法所產(chǎn)生的光束通常只限于特定的偏振態(tài)，且具有低損傷閾值、低轉(zhuǎn)換效率和大結(jié)構(gòu)尺寸等缺點(diǎn)。因此，為了使矢量渦旋光束得到更加廣泛的應(yīng)用，需要找到一種高效率、更靈活、結(jié)構(gòu)緊湊的產(chǎn)生方法。
圖 一個(gè)矢量渦旋光束可以分解成一個(gè)矢量偏振和一個(gè)渦旋相位（如第一行所示）。矢量偏振可以用一塊電介質(zhì)q片產(chǎn)生而渦旋相位可以通過螺旋相位片來實(shí)現(xiàn)（對應(yīng)于第二行）。將q片結(jié)構(gòu)集成到螺旋相位片上，即可形成產(chǎn)生矢量渦旋光束的集成器件。
為克服上述方法存在的問題，湖南大學(xué)物理與電子學(xué)院羅海陸教授領(lǐng)導(dǎo)的自旋光子學(xué)課題組采用電介質(zhì)q片和螺旋相位片的組合來產(chǎn)生混合階龐加萊球上任意點(diǎn)的矢量渦旋光束，相關(guān)研究成果發(fā)表在Photonics Research 2017年第5卷第1期上（Z. Liu, et al., Generation of arbitrary vector vortex beams on hybrid-order Poincaré sphere）。
混合階龐加萊球用于描述任意矢量渦旋光束，可以讓其偏振與相位演化的物理過程變得更加直觀?；诨旌想A龐加萊球理論，任意的矢量渦旋光束可以分解成一個(gè)矢量光束和一個(gè)渦旋相因子。其中，矢量光束可以用一塊電介質(zhì)q片產(chǎn)生而渦旋相因子可以通過螺旋相位片來實(shí)現(xiàn)。通過控制入射光的偏振態(tài)，即可得到混合階龐加萊球上相應(yīng)點(diǎn)的矢量渦旋光束。
這一方案的一個(gè)重要特點(diǎn)是q片的結(jié)構(gòu)與螺旋相位片均可制作在二氧化硅玻璃基底上，因此完全可以將兩個(gè)結(jié)構(gòu)集成在單個(gè)玻片上。該課題組羅海陸教授認(rèn)為，這一方案可以實(shí)現(xiàn)在一塊玻璃片上集成多個(gè)具有不同功能的光學(xué)元件，在未來的光子學(xué)與光電子學(xué)中將會(huì)有重要的應(yīng)用。后續(xù)工作主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成化，進(jìn)一步提升操控光的偏振與相位的能力。
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