利用新型超表面激光器产生世界首例超手征光

手性挑战 

“手性”是化学中常用的一个术语，用来描述被发现为彼此镜像的化合物。这些化合物有一个“惯用手”，可以认为是左手或右手。例如，柠檬和橘子的味道是同一种化合物，但只在“利手”上有所不同。 

光也是手性的，但有两种形式：自旋（偏振）和轨道角动量。自旋角动量类似于绕着自己的轴旋转的行星，而轨道角动量类似于绕太阳运行的行星。 

福布斯说：“在光源处控制光的手性是一项具有挑战性的任务，也是一个非常热门的话题，因为从手性物质的光学控制到计量学，再到通信等许多领域都需要它。”完全的手性控制意味着控制光的全角动量、偏振和轨道角动量。” 

由于设计上的限制和实现上的障碍，迄今为止只产生了极少数的手性态。已经设计了巧妙的方案来控制轨道角动量光束的螺旋度（自旋和线性运动的结合），但它们也仍然局限于这组对称模式。直到现在，还不可能产生某种理想的手征态光并用激光产生它。 

亚表面激光器 

激光利用一个亚表面给光注入超高的角动量，在控制偏振的同时，给它一个前所未有的相位“扭曲”。通过任意角动量控制，可以打破标准的自旋轨道对称性，使第一束激光在光源处产生全角动量控制。 

亚表面由精心制作的纳米结构制成，以产生预期的效果，是迄今为止制造的最极端的轨道角动量结构，具有迄今为止报道的最高相位梯度。亚表面纳米级的分辨率使得低损耗、高损伤阈值的高质量涡流成为可能，从而使激光成为可能。 

结果是这一种激光器可以同时在10和100的轨道角动量状态上产生激光，以获得迄今为止报道的最高角动量。在亚表面被设置为产生对称状态的特殊情况下，激光器随后产生定制结构光激光器报告优于所有先前轨道角动量状态。 

前瞻 

“我们发现特别令人兴奋的是，我们的方法适用于许多激光架构。例如，我们可以增加增益体积和亚表面尺寸来产生大功率的体激光，或者我们可以使用单片亚表面设计将系统缩小到芯片上，”福布斯说。 

“在这两种情况下，激光模式将由泵的偏振控制，除了亚表面本身外，不需要腔内元件。我们的下一步工作是将体激光器研究与片上器件研究相结合这一重要一步。” 

原文来源：https://phys.org/news/2020-04-metasurface-laser-world-super-chiral.html