中國科學技術大學王安廷副教授課題組提出一種基于單個幾何相位元件的偏振和相位多維調控方法，成功實現了高階矢量渦旋光束的產生和調控。相關研究成果于3月17日以“Generation of arbitrary vector vortex beam using a single q-plate”為題發表在光學領域知名期刊《Laser & Photonics Reviews》上。
 

　　自激光問世以來，對激光光場的多維度調控一直是光學領域的研究前沿與應用熱點，其中自旋-軌道角動量協同調控下兼具多種物理特性的矢量渦旋光束備受青睞。矢量渦旋光束同時具有橫截面各向異性的偏振分布和螺旋相位分布，其偏振和相位可獨立地調控，在激光加工、高分辨率成像、光學通信等領域有廣闊的應用前景。但目前可調節的矢量渦旋光束生成方法通常需要同時使用多個調制器件或者昂貴的可調液晶相位延遲器，傳統矢量渦旋光束產生方法結構復雜、成本高、調控靈活度較低是亟待解決的問題。
 

圖1：相位延遲系統的偏振調控和龐加萊球上偏振演化過程
 

　　鑒于此，研究團隊通過單個q波片的自旋-軌道角動量轉換對光束的相位和偏振進行調制，并利用傳統光學元件組成了可調相位延遲系統，代替電控液晶相位延遲器對光束的幾何相位進行調控，產生了相位和偏振拓撲荷均高達16階的矢量渦旋光束，實現了對高階矢量渦旋光束任意偏振分布的靈活操控。團隊還利用傳統龐加萊球的幾何性質描述提出的相位延遲系統的偏振調控過程，利用雜化龐加萊球描述生成的矢量渦旋光束，展示了傳統龐加萊球與雜化龐加萊球之間的映射關系，并對矢量渦旋光束傳播過程中的偏振演化進行了系統的分析。
 

圖2：高階矢量渦旋光束的實驗生成及表征
 

　　中國科學技術大學物理學院光學與光學工程系博士后姚俊娜和博士生吳水梅為論文共同第一作者，王安廷副教授為論文通訊作者。深圳國際量子研究院、合肥國家實驗室劉駿秋研究員，上海理工大學詹其文教授為論文共同作者。本工作得到了國家自然科學基金委、科技部國家重點研發計劃等項目支持。