為全息影像和超表面帶來角動量
Gabor發(fā)明的全息術(shù)提供了一種記錄和重建物體光的完整信息(即強(qiáng)度和相位)的方法。自發(fā)明以來,全息相關(guān)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光學(xué)顯示、成像、數(shù)據(jù)存儲、加密和計(jì)量等眾多領(lǐng)域。 在《光:科學(xué)與應(yīng)用》雜志上發(fā)表的一篇新論文中,由湖南大學(xué)的胡躍強(qiáng)教授和慧高教授以及深圳大學(xué)的謝振偉教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)特的方法,用于應(yīng)用角動量(AM)全息技術(shù)進(jìn)行信息復(fù)用。 基于空間光調(diào)制器(SLM)等傳統(tǒng)光學(xué)器件的全息技術(shù)存在分辨率低、視場小等缺點(diǎn),阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。另一方面,科學(xué)家可以通過用超表面代替?zhèn)鹘y(tǒng)組件來獲得高分辨率、超薄厚度和高性能的對應(yīng)物。 ![]() 用于光學(xué)嵌套加密的AM全息術(shù)的示意圖 超表面由納米級散射的二維亞波長陣列組成,允許操縱具有多個自由度(DoF)的光。它為光復(fù)用全息提供了新一代多功能平臺。 在這種情況下,光的不同物理維度,如波長、入射角、偏振狀態(tài)(SoP)和時間,已被利用為全息系統(tǒng)的獨(dú)立信息通道。在幾乎耗盡了用于多路復(fù)用全息的現(xiàn)有物理維度之后,光的AM維度已成為一個新的機(jī)會。 光學(xué)AM是光子的量子力學(xué)描述,在經(jīng)典和量子光學(xué)領(lǐng)域推動了許多應(yīng)用,包括光學(xué)鑷子,自旋霍爾效應(yīng)和量子顯微鏡。AM分為軌道角動量(OAM)和自旋角動量(SAM)。 使用動量空間中全息圖的適當(dāng)空間頻率采樣,OAM已被實(shí)現(xiàn)為光學(xué)全息的獨(dú)立信息載體。OAM多路復(fù)用全息術(shù)由于無限螺旋模式和固有正交性而顯示出前所未有的光學(xué)信息處理能力。線性偏振通道被添加到OAM相關(guān)的全息中,進(jìn)一步增強(qiáng)了信息容量。SAM還被探索用于多路復(fù)用全息術(shù),范圍從自旋依賴到自旋解耦。 已經(jīng)為產(chǎn)生全偏振矢量全息術(shù)做出了許多努力。由于能夠控制龐加萊球(PS)上的任意偏振矢量,原則上可以提供無限的復(fù)用通道,顯示出大容量光加密的巨大潛力。將SAM維度添加到現(xiàn)有的OAM多路復(fù)用全息術(shù)中并同時對全偏振矢量進(jìn)行空間操作尚未得到研究。 最直觀的設(shè)計(jì)方法是分割或交錯幾種元原子,每種元原子對應(yīng)于特定的功能。這種方法將限制其效率并引入不良的交叉對話。為了克服這些缺點(diǎn),由非交錯元原子組成的超表面將是一個很好的選擇。然而,使用交錯或非交錯策略實(shí)現(xiàn)AM全息術(shù)仍然難以捉摸。 研究團(tuán)隊(duì)在理論上和實(shí)驗(yàn)上證明了基于SAM和OAM通過極簡超表面完全協(xié)同作用的AM全息范式。AM全息術(shù)的設(shè)計(jì)方法依賴于獨(dú)立控制兩個自旋特征態(tài),并在每個操作通道中任意疊加它們。因此,這在空間上隨意調(diào)制了產(chǎn)生的波形。 |