近日，暨南大学理工学院光电工程系陈振强、李真、付神贺科研团队在光学/光学工程学科高水平学术期刊《Laser & Photonics Reviews》（IF=11.00）发表“On-Demand Subwavelength-Scale Light Sculpting Using Nanometric Holograms”的研究成果，该光场调控团队提出基于空间高频波的纳米全息新技术，实现亚波长尺度任意光场的雕刻，将结构光场从宏观和微观尺度扩展到纳米尺度，为基础科学和应用科学带来了更广阔的研究前景。理工学院博士生张锡梁为第一作者，付神贺教授和李真研究员为共同通讯作者。
长期以来，研究人员致力于在深亚波长尺度实现结构光场的产生与调控。然而，结构光场在极小尺度范围（紧聚焦）容易出现退偏、退相等不良效应，无法维持其横向偏振相位分布。已有研究表明，矢量涡旋结构光场在紧聚焦状态下产生显著的自旋－轨道耦合，破坏了入射光场的涡旋拓扑结构，产生了新的自旋（偏振）分量以及纵向场。为了能在极小尺度空间实现光场的产生与调控，除了通过紧聚焦技术，研究人员还设计人工微纳结构，试图把光场模式压缩至亚波长尺度。然而，在微纳结构体内实现结构光场的模式调控依然具有挑战性。
图1原理图：a）入射光波在锐边处衍射产生空间高频波和倏逝波；b) 锐边截断波函数f(x）以及相应的空间高频波矢分布；c) 纳米全息结构示意图；d）零阶贝塞尔光场的纳米全息图。
该科研团队提出基于空间高频波的纳米全息术，在理论和实验上展示了亚波长尺度光场的产生与调控。文章利用厚度仅为50 nm的锐边产生光学衍射效应，将锐边衍射激发的空间高频波（图1（a,b））作为信息的载体，实现任意给定光学物体相位和振幅的编码，并研制出纳米全息掩模板（图1（c））。基于空间高频波的纳米全息术，该团队不仅能够将入射光场聚焦到衍射极限（纳米尺度）范围内，而且能够在深亚波长尺度恢复高频波携带的物体信息，在纳米尺度下实现光场的雕刻。为了验证该纳米全息术，该团队设计并制作了无衍射贝塞尔光场（图1（d））、高阶涡旋光场、矢量光场、自加速艾里光场以及任意空间结构光场的纳米全息图。图2为利用纳米全息图实现零阶无衍射贝塞尔光场的例子，图3为任意光学物体的纳米全息图以及恢复的物体结构，验证了基于空间高频波纳米全息技术的有效性。进一步，该团队展示了纳米全息图的宽波带特性，基于该特性，首次在深亚波长尺度下实现了白光无衍射传输。
图2 深亚波长尺度零阶贝塞尔光场的产生：a, b)理论和实验上重构的贝塞尔光场强度分布； c)在y=0处，沿x轴截面的归一化强度分布图；d)光场强度在y-z平面的分布图。
图3 基于空间高频波实现任意字体的编码与恢复：（a）（c）字体“JNU”和“光”的全息图；（b）（d）恢复字体的光强分布图像。
该研究得到国家自然科学基金项目、广东省重点项目、珠江人才计划项目、广州市科技计划项目等的支持。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202300527
文、图：付神贺
校对：杨嘉琳
初审：杨萱、曾庆慧
复审：厉明
终审发布：黄睿