image: a. 反射式非局域涡旋光束生成示意图；b. 利用倒空间中的偏振奇点生成涡旋光束的原理示意；c. 时域耦合模示意图. view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了复旦大学光子晶体课题组的研究成果，该研究团队基于反射式光子晶体平板，实现了一种不依赖于样品工作区域且兼具高转化效率的涡旋光束生成方法。
研究人员利用在动量空间中连续体中的束缚态(BIC)处的偏振场的偏振奇点来生成涡旋光束，由于该奇点存在于动量空间中，因此涡旋光的生成不与入射位置相关。研究人员首先选取反射式光子晶体体系以屏蔽透射通道，减少多余通道的能量耗散。此时，时域耦合模理论表明，交叉极化的转化效率由体系的吸收速率和辐射速率所决定。为最大化该转化效率，研究人员对光子晶体的设计需要抑制体系的吸收速率并增大其的辐射速率。由于该体系的吸收主要来自金属镜衬底，而在可见光波段中的金属吸收无法避免，因此研究人员通过选取本征态场分布远离金属衬底的能带抑制体系的吸收速率。研究人员在此基础上继续通过结构参数的设计来优化辐射速率。
上述方法设计出光子晶体板结构后，涡旋光的高效率非局域生成在实验上进行了验证。在实验表征中，测量得到的涡旋光束的最高转化效率可高达86%。实验中，生成光束与参考光间的干涉图，清晰地展示了该生成光束具有l=±2的拓扑荷。通过调整入射光的波段，该方法均保持了高效率的涡旋光束生成。且通过在样品不同区域入射圆偏振光束，均可实现高效率的涡旋光束的生成。
研究详情请见原文：
High-efficiency nonlocal reflection-type vortex beam generation based on bound states in the continuum
Journal
National Science Review