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。

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）