近日，深圳大學(xué)微納光電子學(xué)研究院謝振威副教授、袁小聰教授團(tuán)隊與湖南大學(xué)段輝高教授團(tuán)隊合作，利用具有對稱性排布的形狀雙折射超表面器件首次揭示并驗證了光矢量簡并模式中奇偶宇稱霍爾效應(yīng)。這項工作不僅拓展了超表面器件的光場調(diào)控自由度，而且還展示了基于奇偶宇稱的光場調(diào)控新手段。相關(guān)成果以“Optical vectorial-mode parity Hall effect: a case study with cylindrical vector beams”為題，發(fā)表在Nature旗下綜合性期刊《Nature Communications》。https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3

圖1 基于超表面實現(xiàn)的矢量模式宇稱霍爾效應(yīng)示意圖。通過形狀雙折射超表面，將CVB的偶宇稱（P = 1）和奇宇稱（P = -1）模式分離到不同的方向。

光場具有非常豐富的調(diào)控自由度，如：相位、振幅、偏振、角動量、頻率/波長等，如何調(diào)控這些自由度是實現(xiàn)各種光子器件的關(guān)鍵技術(shù)。偏振態(tài)是光場的一個重要調(diào)控自由度，已經(jīng)在光子學(xué)的各個學(xué)科中得到廣泛利用。一般具有均勻偏振態(tài)分布的稱為標(biāo)量光場，而另一種空間偏振態(tài)有變化的分布則稱為矢量光場。矢量光場（包括：包括圓柱矢量光束（CVB）、Poincaré光束以及光纖中的矢量HE模式等）因其豐富的偏振特性而具有非常特殊的光與物質(zhì)相互作用機(jī)制，在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，如：光鑷、光學(xué)超分辨顯微成像、光通信等。作為圓柱對稱排布的矢量光場，圓柱矢量光束（CVBs）是矢量光場里面非常重要的例子，它是圓柱對稱邊界條件下矢量亥姆霍茲方程的本征解，也可以通過拉蓋爾-高斯（LG）、厄米特-高斯或貝塞爾-高斯模式的組合來生成。除了其固有的偏振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，矢量光場還包含著與偶（even）或奇（odd）相關(guān)的內(nèi)在對稱性宇稱自由度，對應(yīng)于一對簡并的正交模式。

然而，目前尚未有關(guān)于如何調(diào)控奇宇稱模式和偶宇稱模式的研究。在這項工作中，研究團(tuán)隊利用對稱排列的具有形狀雙折射的超表面器件首次實現(xiàn)并驗證了矢量模式的奇偶宇稱霍爾效應(yīng)，并進(jìn)一步利用模式奇偶宇稱霍爾效應(yīng)演示了矢量簡并奇偶模式解復(fù)用及矢量簡并奇偶模式編碼全息，顯示了其在光通信及全息成像領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

深圳大學(xué)博士生周長宇、碩士生梁偉立與謝振威副教授為共同第一作者，深圳大學(xué)謝振威副教授、袁小聰教授和湖南大學(xué)段輝高教授為論文的共同通訊作者，深圳大學(xué)是第一單位和第一通訊單位。論文其他作者還有深圳大學(xué)的碩士生馬佳，湖南大學(xué)楊輝博士、楊興及胡躍強(qiáng)副教授。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)重大項目、國家自然科學(xué)基金、深圳市科創(chuàng)委、深圳大學(xué)2035項目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3