研究团队开发出用于紫外-可见光谱的多功能涡旋光束

第四次工业革命正在推动数据传输呈指数级增长，迫切需要具有成本效益、超快和紧凑的光通信技术来管理爆炸式增长的数据传输量。涡旋光束围绕传播轴呈漩涡状，有可能增加以相同频率存储的信息量。

因此，它们代表了开发超越5G并为6G铺平道路的高容量光通信技术的有前途的途径。为此，浦项科技大学(POSTECH)的一个研究团队开发了一种涡旋光束，该涡旋光束能够通过使用超表面在广泛的光频率范围内发挥作用。

研究结果发表在《纳米快报》杂志上。

JunsukRho教授(机械工程和化学工程系)和博士。候选人JoohoonKim(机械工程系)领导的团队提出了一种能够独立控制跨越紫外到可见光宽带波长的两个正交偏振态的超表面。此外，研究人员还展示了使用超表面创建和检测具有不同拓扑电荷的涡流束的能力。

轨道角动量(OAM)是一个术语，用于描述光在传播时呈现的漩涡模式。当光呈现这种漩涡状时，它被称为涡旋光束。与传统光束相比，涡旋光束可以在相同的频率或偏振状态下存储更多信息。

光学涡旋光束的独立涡旋光束使它们成为光学中必不可少的工具，具有各种应用，包括光镊和创建全息视频。然而，创建光学涡旋光束传统上需要称为空间光调制器(SLM)的笨重设备。此外，由于缺乏在此范围内工作的SLM，引入紫外光学涡旋光束一直具有挑战性。

纳米加工技术的最新进展已经实现了高效、宽带和多功能的超表面，能够调制许多光特性，包括相位、振幅和偏振。然而，尽管取得了这些进展和正在进行的研究工作，控制紫外线范围内的光仍然是一个挑战。

研究团队选择了一种薄而轻的超表面来制造一种偏振器，该偏振器在暴露于紫外线时能够产生光学涡旋光束，而不是传统上用于此目的的笨重的SLM。研究人员使用了氮化硅，这是一种折射率高且不吸收紫外线的材料。

超表面的局限性之一是它们的功能一旦被处理就永久固定，因此很难修改。然而，在这项研究中，该团队打破了超表面的旋转对称性，根据入射光的偏振将其设计为具有不同的功能。这种方法允许将更多信息存储在单个超表面上，从而开辟了各个领域的潜在应用。

Rho教授解释说：“我们的研究证实了超表面的多功能性，它可以根据入射光的偏振态产生具有不同拓扑电荷的光学涡旋光束。紫外光学涡旋光束的产生也扩展了光学涡旋光束的潜在应用。“