近日，中科院光電技術(shù)研究所亞波長光學(xué)課題組提出了一種新型渦旋光分束方法：通過在亞波長尺度對光波的位相和振幅進(jìn)行同時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了高效率、高均勻性的多通道分束器。相關(guān)成果發(fā)表在德國Wiley雜志社主辦的Advanced Materials Technologies（Vol 2， Issue 2， 1600201）上，并被MaterialsViewChina網(wǎng)站報(bào)道。
渦旋光束因其螺旋相位波前以及近乎無限的拓?fù)浜傻忍匦栽诠鈱W(xué)微操縱、三維光學(xué)成像、光通信等方面具有重要應(yīng)用。與單通道渦旋光束產(chǎn)生器相比，多通道的渦旋光束產(chǎn)生器不僅能夠在信息傳輸與存儲(chǔ)中增強(qiáng)信息安全性與容量，在微粒捕獲中一次性捕獲大量粒子，而且能同時(shí)探測不同物體的形貌或運(yùn)動(dòng)特征。傳統(tǒng)的多通道渦旋光束產(chǎn)生器件，例如螺旋光柵、空間光調(diào)制器（SLM）等相位型的光學(xué)元件產(chǎn)生的渦旋光束存在高階衍射干擾、不同通道的能量不均勻，以及元件尺寸過大而不能集成在微納芯片上等問題，令這些器件在應(yīng)用中存在極大的局限。因此，具有高均勻性、無高階衍射的微型多通道渦旋光分束器在應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域具有重要的意義。
中科院光電技術(shù)研究所微細(xì)加工與光學(xué)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用亞波長結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種通道之間光能量均勻分布、無高階衍射影響，尺寸在微納量級的多通道渦旋光束產(chǎn)生器。通過將光波的振幅與位相編碼為單元結(jié)構(gòu)的尺寸與旋轉(zhuǎn)角，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對光束的振幅與相位調(diào)控。該元件厚度約為入射波長的十分之一，產(chǎn)生的渦旋光束不受高階衍射干擾，通道之間的光能量分布均勻。實(shí)驗(yàn)測試表明，對于二階振幅與連續(xù)相位調(diào)控的多通道產(chǎn)生器，其產(chǎn)生的光束點(diǎn)陣能量不均勻性為0.146，優(yōu)于純相位調(diào)控。基于此原理研制的一系列陣列化激光分束器在中電集團(tuán)、中科院、航天科工集團(tuán)的多個(gè)任務(wù)中得到應(yīng)用。
相關(guān)原理以“Multi-Channel Vortex Beam Generation by Simultaneous Amplitude and Phase Modulation with Two-Dimensional Metamaterial”為題發(fā)表在Advanced Materials Technologies (Vol 2， Issue 2， 1600201，DOI：10.1002/admt.201600201)上。