无对准中心的高效涡流束生成

2023-01-05

(a) 反射型涡流光束发生器的原理图；(b) 利用动量空间的偏振奇异性产生涡流光束的原理；(c) 时间耦合模式理论的图示。资料来源：©中国科学出版社；国家科学评论（2022）。DOI: 10.1093/nsr/nwac234

复旦大学物理系PBG课题组最近提出了一种利用反射式光子晶体板产生涡流的方法，其转换效率高，而且没有对准中心。

研究人员利用位于动量空间连续体中at-Γ约束态的偏振奇点来产生涡流束。由于奇点存在于动量空间，光子晶体板的工作区域并不依赖于光束的入射位置。

为了推动发生器的转换效率，研究人员首先在非局域涡旋光束生成系统中引入了一个完美的镜子来阻断传输通道，然后将只把入射能量传输到反射通道。他们发现，在反射型系统中使用单共振和完美镜子的VB生成可以达到100%的交叉偏振转换效率。

不幸的是，当考虑到可见光和近红外波长的实际应用时，金属镜面的吸收将不可避免地造成损失，这将大大降低这种涡流束发生器的转换效率。在这项工作中，他们基于时空耦合模式理论给出了一个总体设想，以提高具有内在吸收的反射型发生器的VB生成效率。在他们的理论中，转换效率是由辐射损失与内在吸收的比率决定的。

基于这种情况，采用模式选择和结构设计来有效地提高这一比率。在模拟和实验中，他们观察到在他们设计的反射型涡流光束发生器中，最大的通谐转换效率高达86%。他们还通过实验观察了在不同波长和不同工作区域产生的涡流光束轮廓。