近日，由深圳大學(xué)講席教授、歐洲科學(xué)院院士袁小聰領(lǐng)導(dǎo)的深圳大學(xué)納米光子學(xué)研究中心，在皮米光子學(xué)領(lǐng)域取得了重要原創(chuàng)成果。研究團隊提出了一種基于軌道角動量（OAM）的新型奇點光學(xué)尺，成功實現(xiàn)了皮米級位移高精度測量，并在Nature Communications上發(fā)表了題為《Infinitesimal optical singularity ruler for three-dimensional picometric metrology》文章。該中心博士研究生馬海祥為第一作者，副教授張聿全、教授閔長俊、教授袁小聰為共同通訊作者，深圳大學(xué)為該文章的第一單位和第一通訊單位。

在光學(xué)領(lǐng)域，突破物理極限始終是一個研究熱點。當(dāng)人們轟轟烈烈推動納米光子學(xué)研究20多年之后，一個更高的目標正吸引著全球科學(xué)家敏銳的目光：皮米光子學(xué)（Picophotonics）。近幾十年以來，在光場調(diào)控基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，空間光場調(diào)控與時間光場調(diào)控是兩架并駕齊驅(qū)的馬車，分別在納米尺度和飛秒尺度取得了重大突破與進展，是人類研究光與物質(zhì)作用在分子尺度表征物性的里程碑。2023年獲得諾貝爾物理學(xué)獎的阿秒激光又在時間光場調(diào)控維度上先行一步，把瞬態(tài)光場調(diào)控技術(shù)推向了新的里程碑高度?？梢灶A(yù)測，皮米光子學(xué)有可能成為空間光場調(diào)控的新高度，提升光學(xué)在原子和電子尺度表征物性的能力。

光學(xué)奇點，作為一種具有獨特性質(zhì)的結(jié)構(gòu)光場，近年來在精密測量、量子技術(shù)等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的位移測量技術(shù)受制于光學(xué)衍射極限，導(dǎo)致在皮米級精度測量中存在重大技術(shù)瓶頸。為了解決這一問題，我校團隊借鑒了物理學(xué)測量重心的懸掛法原理，并結(jié)合光學(xué)軌道角動量的微觀物理圖景，提出了一種基于光學(xué)軌道角動量的質(zhì)心法，成功實現(xiàn)了對光學(xué)奇點在橫向4.5 pm、縱向24.2 pm的三維皮米級精度定位。該技術(shù)通過精確觀察和分析光場中的微小角動量變化，獲取光學(xué)奇點的位置，突破了傳統(tǒng)技術(shù)在橫向和縱向定位精度上的限制，為未來高精度三維測量技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

更為重要的是，該研究不僅局限于實驗室中的精密位移測量，還揭示了光學(xué)奇點尺在引力波探測、天體觀測、微觀粒子振動檢測等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。團隊通過深入分析光學(xué)奇點，提出的測量框架具有高度的適應(yīng)性，能夠廣泛應(yīng)用于基于干涉測量的高精度科學(xué)實驗中，尤其是在超高精度傳感、半導(dǎo)體光刻、引力波測量等前沿領(lǐng)域。

該研究成果鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55210-0

該研究得到廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、國家自然科學(xué)基金、深圳市科技計劃深圳市孔雀計劃、中國博士后科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金、深圳大學(xué)2035計劃、研究團隊培養(yǎng)計劃、浙江省重點研發(fā)計劃以及浙江大學(xué)極端光子學(xué)與儀器科學(xué)國家重點實驗室開放研究基金的支持。