撰稿|由课题组供稿
近日，北京理工大学王涌天教授团队的黄玲玲教授等人与香港大学张霜老师合作，提出了一种基于介质超表面，通过特定相位分布设计，实现任意光束轮廓形状的广义涡旋光束。该项研究成果发表在国际著名期刊Laser & Photonics Reviews上，题目为Multiplexed Generation of Generalized Vortex Beams with On-demand Intensity Profiles Based on Metasurfaces。
涡旋光束的设计自由度通常受拓扑电荷数唯一决定，具有exp(ilφ)典型螺旋相位特征分布，且不同拓扑电荷数的涡旋光具有不同规模的甜甜圈半径。近年来，研究人员运用变形拉盖尔高斯光束、复杂激光腔设计方法、涡旋光束复合叠加等等手段产生各类复杂结构光束，并可应用于激光加工，微纳操纵，光通信等领域。随着超表面技术的不断发展，研究人员对于超表面的相位特征拥有了更加灵活自由的设计能力。这为涡旋光束的产生和复用带来更多的可能性。
针对传统涡旋光束的轨道角动量定义仅考虑常数相位微分而忽略沿角向变化规律的局限性，黄玲玲教授团队从涡旋光束的基本定义出发，结合广义斯涅尔定律，构建了各具特征的复杂形态广义涡旋光束，并竭力探索更具有普遍意义的自由形式涡旋光束生成方法和物理性质。通过构建涡旋相位分布疏密与强度分布的关联，设计并实验验证了多通道广义涡旋光束的产生。这种重新定义的广义涡旋光束利用可自定义设计的相位梯度变化，能够突破传统涡旋光束的甜甜圈形状，从而形成具有任意形状轮廓的强度分布。对于新定义的广义涡旋光束来说，传统意义上环绕奇点的常数形式相位微分与拓扑电荷数的等价关系被打破，而变为具有更自由调控能力的新参量，成为定义光束轮廓形状的重要特征。这种新构建的相位微分分布函数将是为涡旋光束带来轮廓设计自由的新维度。同时，广义涡旋光束与复合偏振通道超表面的设计方法结合，可以实现在不同偏振条件下产生具有不同形态特征，并且相位微分函数相互关联的涡旋光束轮廓图案。
这种新提出的广义涡旋光束设计方案，突破了传统结构光束的设计束缚。并且文章细致分析了该广义涡旋光束的空间传播演化特性。该方法对更高容量的光学通信、更复杂可靠的光学加密与更自由灵活的光学捕获应用场合，都能够发挥独特的潜力。
https://doi.org/10.1002/lpor.202100451
Multiplexed Generation of Generalized Vortex Beams with On-demand Intensity Profiles Based on Metasurfaces， Laser & Photonics Reviews DOI: 10.1002/lpor.202100451
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