近日，华东理工大学物理学院教授郑致刚课题组在超宽波段涡旋矢量光阵列研究领域获新进展。相关研究以《电场诱导超宽波段多通道涡旋矢量光束》为题在《激光与光子学评论》上发表。

TNLCs器件产生超宽波段涡旋矢量光阵列。华东理工大供图

涡旋矢量光是一类具有空间相位和偏振奇点的典型结构光场，在光学和光子学领域具有广泛应用。例如，特定偏振空间分布的矢量光束能够在光学微操控、超分辨显微成像、大气或水下环境的远距离传输等领域发挥重要作用；涡旋光具有无穷多的正交模式，理论上能提供无限多的独立信息通道，从而大幅度拓展通讯系统的带宽。涡旋矢量光还有更高的光场自由度，在光场多维调控方面有独特的优势。

因此，利用简单、稳定、多功能化的方式高效地产生涡旋矢量光具有重大意义。然而，传统的超表面和液晶器件普遍依托于对光场的相位参量进行调制，其相位色散导致仅能在有限工作带宽内产生结构光场，因而限制了器件适用性。

该工作创造性地提出一种编程式的扭曲向列相液晶（TNLCs）器件产生超宽波段涡旋矢量光阵列的方法。将达曼涡旋光栅DVG的波前函数与某个矢量光束的波前相结合，合成的光场函数EVVBs对应着特定的涡旋矢量光阵列。

“不同于以往的光场相位调制，我们可以通过TNLCs的扭曲结构直接对光的电矢量振动进行调控，从而生成满足EVVBs形式的矢量光场。”郑致刚解释说，“当一束线偏振光入射时，通过控制TNLCs的扭曲方向和角度，可以实现偏振及电矢量振动方向在0到360°范围内任意调制。这种对电矢量的调制特性能在宽波段范围得以保持。”

TNLCs对光偏振及电矢量振动方向调制。华东理工大供图

研究人员通过一种独特的动态编程式光取向技术，可以实现图案化的TNLCs制备。实验证实，相关样品支持从532纳米到1550 纳米的超宽波段范围内高效地产生涡旋光、矢量光以及涡旋矢量光阵列。此外，在中红外波段内TNLCs器件同样极为有效，在10微米的波长范围之内，涡旋矢量光阵列的产生效率均能保持在80%以上。

得益于液晶材料优异的外场响应性，对TNLCs器件施加驱动电场可以灵活地对涡旋矢量光进行“开”和“关”的动态切换。更为神奇的是，TNLCs器件在高、低两种电压条件下呈现截然不同的切换效果。

“这种带有选择性的调制能力能够在智能调控及保密通讯等领域发挥独特优势。”郑致刚说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/lpor.202300098