你見過光子的“颶風”嗎？上海理工大學莊松林院士、詹其文教授帶領的納米光子學團隊日前首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創(chuàng)了一個全新的光子軌道角動量自由度，相關研究成果發(fā)表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》上，并成功入選美國光學學會（OSA）評選的2020年度全球30項光學重大進展。
“合二為一”帶來“0到1”的突破
在上海理工大學光電信息與計算機工程學院的實驗室，有兩張實驗常用的高精度隔振平臺，它們一個服務于超快脈沖光領域，一個服務于空間光場調(diào)控領域，在光子軌道角動量研究中，這是兩個“各自為政”的研究方向。
然而，在研究團隊歷時2年的努力下，創(chuàng)造性地將這兩個領域 “合二為一”，首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創(chuàng)了一個全新的光子軌道角動量自由度。這一成果也是美國光學學會（OSA）評選的2020年度全球30項光學重大進展中，國內(nèi)僅有的4家單位之一，且上理工為獨立完成單位。
如果說，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的光學角動量運動軌跡是“龍卷風”，那么詹其文教授團隊的最新發(fā)現(xiàn)則是形成類似于快速移動的光子“颶風”，為利用光識別物質(zhì)提供了全新手段，也為信息傳遞提供更廣的通道，可以說是光學領域0到1的突破。
“一開始我們就好奇是否可以讓光從超快脈沖平臺射向空間光場調(diào)控平臺，但是發(fā)現(xiàn)這不是簡單的1+1。”詹其文教授介紹，“我們就嘗試對各實驗要素系統(tǒng)集成，把兩個不交融的領域合在一個實驗臺上。”
出于科研敏感，詹其文帶領團隊創(chuàng)造性地利用“空間頻率—頻率面到空間—時間面”的傅里葉變換，成功生成了攜帶橫向光子軌道角動量的超短脈沖光學波包，這一新型光波包在光子能量快速向前傳輸?shù)耐瑫r，光子能流圍繞一個隨波包移動的橫向軸旋轉(zhuǎn)，從而形成光子“颶風”。
“多想一步”成就創(chuàng)新卓越
“其實，我們所用的方法是光學人都懂的原理，所形成的裝置也容易普及，而世界范圍內(nèi)我們可以先做出來，歸根結(jié)底在于比別人‘多想了一步’，科研的魅力不就在于此嗎？”在詹其文教授看來，做科研不能囿于教科書，一次偶然的發(fā)現(xiàn)可能會對整個領域產(chǎn)生質(zhì)變，而這也是科研工作者全力以赴、追求卓越的動力。
據(jù)了解，這一發(fā)現(xiàn)在光通訊、光信息處理、量子光學、粒子操控、相對論空間物理等領域具有重要的潛在研究和應用價值。盡管詹其文教授團隊的研究發(fā)現(xiàn)被世界認可，但他們深知，實驗越是容易被模仿重復，未來的競爭也會更加激烈，他們不能只做“筑巢”的人，還要在此基礎上迅速開展系列工作。
“我們將努力在該領域取得更好的成績，推進學校高水平大學建設步伐，為服務上海科創(chuàng)中心建設貢獻更多的上理智慧。”詹其文教授表示。據(jù)悉，研究團隊最近獲得了國家自然科學基金委“新型光場調(diào)控物理與應用重大研究計劃”的重點項目支持，將在這一領域進一步開展系統(tǒng)深入的研究，并期待與國內(nèi)外同行開展廣泛合作。
來源：東方網(wǎng) 作者：傅文婧
原文鏈接：https://n.eastday.com/pnews/1610590886021857
