近日,我院温丹丹教授、赵建林教授团队联合英国赫瑞-瓦特大学陈献忠教授,在纳米科技领域顶级期刊《Nano Letters》上发表了题为“Cylindrical Vector Beam Holography without Preservation of OAM Modes”的研究论文。物理科学与技术学院博士研究生潘锴为论文第一作者,温丹丹教授为论文通讯作者,西北工业大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。
对于具有不同轨道角动量(OAM)的光束,其模式相互正交,可用于增加全息术的信息存储通道,因此OAM全息术近年来引起了人们的广泛关注。然而,为了实现OAM全息,需要利用与OAM相关的二维狄拉克(Dirac)函数对目标图像进行空间采样,这使得OAM全息术在重建全息图像时,图像中的每个像素均保留了OAM特性(即每个像素的振幅分布为空心环形,相位分布为螺旋形)。因此,该全息图像的像素粗糙,同时,需要在观察屏前放置基模滤波器才能观察到全息图像。
鉴于此,我院研究团队提出了基于超表面的柱矢量光束(CVB)全息术的概念,通过使用四原子像素超表面,在观察平面上重建了与入射CVB模式相对应的矢量全息图像。虽然CVB是由具有OAM模式的正交偏振光叠加形成的,但CVB全息术没有在全息图像的像素中保留OAM特性,因此可以使用准连续的方式对目标图像进行精细采样。此外,通过对出射光进行偏振滤波,可以直接观察到全息图像。实验制备了透射型介质超表面,当入射CVB的阶次为L时,通过对出射光进行偏振滤波可以观察到对应的全息图像(图1a);当入射CVB的阶次不等于L时,使用任意角度的线性偏振片对出射光进行偏振滤波,都无法观察到正确的全息图像(图1b)。
该研究以超表面作为载体,建立起入射、出射矢量光场之间的联系,为超高容量全息器件和系统的研发开辟了新的途径;此外,利用CVB全息术的多通道矢量加密能力,可以显著提升光学加密器件的信息容量和调控自由度,有望推动与之相关的微纳光学器件的实用化。
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图1 CVB全息术的工作原理示意图
论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01490
(撰稿:潘锴;审核:晁小荣)