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深圳大學(xué)：光學(xué)奇點解調(diào)芯片  奇點光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的重要組成部分，在近些年來得到越來越多人的關(guān)注。常見的光學(xué)奇點包括相位奇點和偏振奇點，其中具有相位奇點的代表性光束主要是光學(xué)旋渦，具有偏振奇點的代表性光束主要有圓柱矢量光束�，F(xiàn)代光學(xué)發(fā)現(xiàn)，單個光束不但可以擁有相位奇點或偏振奇點，也可以同時擁有上述兩個奇點，從而提升所攜帶信息的自由度，能夠有效的擴充光場信道帶寬，在光通信、光互聯(lián)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。隨著光通信市場的發(fā)展，光收發(fā)模塊的種類越來越多，要求越來越高，器件復(fù)雜程度也以驚人的速度發(fā)展，需要不斷發(fā)展相關(guān)技術(shù)滿足應(yīng)用需求。目前主要發(fā)展方向大致可以歸類小型化、低成本、低功耗、高速率等。將光學(xué)奇點這樣高維的自由度來引入光通信領(lǐng)域，則有望滿足上述發(fā)展趨勢。但是要滿足這樣的目標，如何在微尺度內(nèi)調(diào)制、解調(diào)光學(xué)奇點是一個亟待解決的問題。近年來，光學(xué)超表面器件由于能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊、集成、靈活的光場調(diào)控而受到越來越多的關(guān)注。特別是利用表面等離激元（surface plasmon polariton，SPP）可以進一步的縮小片上器件的尺寸，實現(xiàn)亞波長范圍內(nèi)的納米光子芯片。本文作者創(chuàng)新性的將帶有自旋霍爾響應(yīng)的λ形金屬納米狹縫單元集成到一組非對稱的表面等離激元光柵結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)了對攜帶不同的相位奇點和偏振奇點入射光的同時解調(diào)，以滿足現(xiàn)代光通信系統(tǒng)對小體積、低成本、高速率的需求。  圖1 （a） 普通光柵和攜帶相位奇點的渦旋光束的響應(yīng)；（b）非對稱光柵和攜帶相位奇點的渦旋光束的響應(yīng)；（c）集成了Spin-Hall效應(yīng)超表面的非對稱光柵和同時攜帶相位、偏振奇點的入射光束的響應(yīng) 研究背景 片上解調(diào)光學(xué)奇點對于現(xiàn)代光通信系統(tǒng)有極其重要的意義。傳統(tǒng)的光學(xué)奇點解調(diào)器件包括全息相位板、超表面、變換光學(xué)器件、光子回路器件等。 2010年，Berkhout. G.C.G等人首次提出并證明了利用相位調(diào)控的方式，將光場相位奇點所攜帶的螺旋相位轉(zhuǎn)換為傾斜相位來解調(diào)相位奇點的方式。2012年，Genevet. P.利用光學(xué)全息相位板完成了上述相位調(diào)整的操作，從而使利用固態(tài)器件來對光學(xué)奇點進行解調(diào)成為了可能。 自此之后，各種針對相位奇點、偏振奇點的解調(diào)方案被逐漸提出。例如2013年，Mirhosseini. M利用q-plat對偏振奇點進行分離，達到了92%的分離效率。2016年，Mei. S.T.利用片上光路對入射光進行光學(xué)調(diào)控，實現(xiàn)了相位奇點的探測。2018年，Wen. Y.H.利用片上光子回路來解調(diào)相位奇點，成功分離了拓撲荷l<10的相位奇點。 |
