威茨大学 一个艺术印象的亚表面激光产生超手征扭曲光与OAM高达100
学分:威思大学 研究人员展示了世界上第一台产生“超手征光”的亚表面激光器: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，这意味着这可以转移到物质上
光携带的角动量越多，它能传递的能量就越多
南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学物理学院的安德鲁·福布斯教授领导了这项研究
“现在你可以用光照射螺母，它就会自己拧紧，而不是用物理扳手来拧东西(比如拧螺母)
" 新的激光产生了一种新的高纯度“扭曲光”，这种光以前从激光中没有观察到，包括从激光中报道的最高角动量
与此同时，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
这意味着世界上第一台根据需要产生奇异扭曲结构光的激光器
《自然光子学》今天在网上发布了这项研究，该研究是由Wits与南非科学和工业研究理事会(CSIR)、哈佛大学(美国)、新加坡国立大学(新加坡)、布鲁塞尔自由大学(比利时)和意大利技术基金会(意大利)合作完成的
在他们题为“来自可见亚表面激光器的高纯度轨道角动量态”的论文中，研究人员展示了一种新的激光器，可以产生任何所需的手征光态，完全控制光的角动量分量、光的自旋和轨道角动量
由哈佛小组设计的新的纳米尺寸(比人类头发的宽度小1000倍)亚表面在激光器中提供的完全控制使激光设计成为可能
亚表面由许多微小的纳米材料棒组成，当光线通过时会发生变化
光线穿过亚曲面很多次，每次都受到新的扭曲
“它的特别之处在于，对于光来说，这种材料具有自然界中无法找到的特性，因此被称为“超材料”——一种虚构的材料
因为这些结构非常小，所以它们只出现在表面上以形成一个亚表面
" 其结果是产生了新形式的手性光，这是迄今为止从激光中还没有观察到的，并且在光源处完全控制了光的手性，从而结束了一个公开的挑战
福布斯说:“目前有一种强烈的动力试图用扭曲的光来控制手征性物质，而要做到这一点，你需要一种非常高扭曲度的光:超手征性光。”
各种工业和研究领域都需要超手性光来改善它们的过程，包括食品、计算机和生物医学工业
福布斯说:“在物理机械系统不起作用的地方，我们可以用这种类型的光来光学驱动齿轮，比如在微流体系统中驱动流体。”
“通过这个例子，我们的目标是在芯片上而不是在大型实验室中进行医学实验，这种方法通常被称为芯片实验室
因为所有的东西都很小，光被用来控制:移动东西和分类东西，比如好的和坏的细胞
扭曲的光被用来驱动微型齿轮来推动流动，并用光来模拟离心机
" 手性挑战 “手性”是化学中常用的一个术语，用来描述那些被发现是彼此镜像的化合物
这些化合物有“惯用手”，可以被认为是左撇子或右撇子
例如，柠檬和橙子的味道是相同的化学混合物，但不同的只是它们的“惯用手”
光也是手征性的，但有两种形式:自旋(偏振)和偏振态
自旋AM类似于行星绕着自己的轴自转，而OAM类似于行星绕着太阳转
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，也是非常热门的话题，因为许多应用都需要它，从手性物质的光学控制，到计量学，再到通信。”
“完全的手征控制意味着对光的全部角动量、偏振和光振幅的控制
" 由于设计限制和实施障碍，迄今为止只产生了非常小的手性态子集
人们已经设计出巧妙的方案来控制原子吸收光束的螺旋度(自旋和线性运动的结合)，但是它们仍然局限于这组对称的模式
直到现在，还不可能写下某种想要的光的手征态，然后用激光产生它
亚表面激光器 激光利用一个亚表面向光注入超高的角动量，使光的相位发生前所未有的“扭曲”，同时控制偏振
通过任意的角动量控制，标准的自旋轨道对称性可以被打破，因为第一个激光器在光源处产生完全角动量控制的光
亚表面是由精心制作的纳米结构制成的，以产生预期的效果，是迄今为止制造的最极端的有机铝锰结构，具有迄今为止报道的最高相位梯度
亚表面的纳米分辨率使得低损耗和高损伤阈值的高质量涡流成为可能，从而使激光成为可能
其结果是一种激光器，可以同时在10和100个原子序数状态下发射激光，达到迄今为止报道的最高原子序数
在亚表面被设置为产生对称状态的特殊情况下，激光器然后产生从定制结构光激光器报告的所有先前的非对称状态
前进 “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生产大功率激光器，或者我们可以使用单片亚表面设计将系统缩小到一个芯片上，”福布斯说
在这两种情况下，激射模式将由泵浦的偏振控制，除了亚表面本身，不需要腔内元件
我们的工作代表了将体激光器研究与片上器件研究融合的重要一步
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