利用新型超表面激光器产生世界首例超手征光

研究人员展示了世界上第一台产生“超手征光”的超表面激光器，即一种具有超高角动量的光。这种激光器发出的光可以作为一种“光学扳手”来编码光通信中的信息。 

“因为光可以携带角动量，这意味着它可以转移到物质上。光携带的角动量越多，它传递的能量就越多。南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学（Wits）物理学院的安德鲁·福布斯教授领导了这项研究，“不用物理扳手就可以拧东西（比如拧螺母），你现在可以在螺母上施加光源，它就会自己拧紧。” 

新的激光产生了一种新的高纯度“扭曲光”，这是以前从激光中没有观察到的，包括关于激光报告的最高角动量。同时，研究人员开发了一种纳米结构的亚表面，它具有有史以来最大的相位梯度，并允许在紧凑的设计中进行高功率操作。这意味着这是世界上第一台可以按需产生奇异扭曲结构光状态的激光器。 

《自然光子学Nature Photonics》杂志近期发表了这项研究，该研究是威特沃特斯兰德大学与南非科学和工业研究委员会（CSIR）、哈佛大学（美国）、新加坡国立大学（新加坡）、布鲁塞尔大学（比利时）和意大利纳米科学与技术中心共同合作研究。

 在他们的论文中，研究人员展示了一种新的激光，它可以产生任何想要的手征态，完全控制光的角动量（AM）分量、光的自旋（偏振）和轨道角动量（OAM）。

 
 

激光设计是由哈佛团队设计的纳米级（比人头发的宽度小1000倍）亚表面完全控制的。亚表面由许多微小的纳米材料棒组成，当光通过时，这些纳米材料棒会改变光。光线多次穿过亚表面，每次都会收到新的扭曲。 

使它特别的是，对光来说，这种材料的性质在自然界是不可能找到的，因此被称为“超材料”——一种虚构的材料。因为这些结构非常小，它们只出现在表面上，形成一个亚表面。” 

其结果是产生了直到现在还没有从激光中观察到的新形式的手征光，并在光源处完全控制了光的手征性，结束了一个公开的挑战。 

福布斯说：“目前有一种强大的驱动力，试图用扭曲的光来控制手性物质，而要做到这一点，你需要一种扭曲度非常高的光：超级手性光。”。各种工业和研究领域都需要超手性光来改善它们的加工过程，包括食品、计算机和生物医学工业。 

福布斯说：“我们可以在物理机械系统无法工作的地方用这种光驱动齿轮，比如在微流体系统中驱动流量。使用这个例子，目标是在芯片上而不是在一个大的实验室里执行药物，通常被称为芯片上的实验室。因为所有的东西都很小，所以光是用来控制的：移动物体并对物体进行分类，比如好的和坏的细胞。扭曲的光线被用来驱动微型齿轮，以使流体流动，并用光线模拟离心机。”