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携带轨道角动量(OAM)的光束引起了广泛的关注,并在光学数据存储、光通信、量子信息处理、超分辨率成像以及光学捕获和操纵中发挥着重要作用。然而,传统OAM光束发生器庞大的体积和复杂的系统限制了它们在集成和小型化光学或光子器件中的应用。
在《UltrafastScience》杂志上发表的一项研究中,Cao及其同事使用超快激光纳米打印方法制造了单个超薄(200nm)石墨烯超透镜,该超透镜在宽带宽中集成了OAM生成和高分辨率聚焦功能。宽带石墨烯OAMmatalenses有望广泛应用于OAM光束实现的小型化和集成光子器件中。
事实证明,基于周期性排列的二维纳米结构(即超表面)的新方法对于实现高质量OAM光束的超薄且可集成的OAM光束发生器非常有用。然而,传统的宽带超表面透镜通常需要耗时的加工和复杂的迭代设计方法才能实现精确的波前控制。相比之下,设计简单的石墨烯超透镜是通过一步激光纳米打印实现的。
石墨烯材料可以同时控制光束的振幅和相位,从而使透镜设计具有高度灵活性和准确性,以实现所需的焦点强度分布。最近,曹等人。实现了一种新的石墨烯超透镜,可以通过超快激光纳米打印聚焦宽带OAM光束。
开发了一种基于迂回相位技术和氧化石墨烯独特光学特性的方法来设计石墨烯OAM超透镜,该方法可以同时独立控制OAM的聚焦特性和拓扑电荷。通过聚焦不同波长的光束证明了石墨烯OAM超透镜的宽带能力。
实验聚焦强度分布几乎再现了使用瑞利-索末菲衍射理论的理论预测。所展示的超薄石墨烯超透镜提供了一种简单且经济高效的方法来实现高度集成和高分辨率的OAM光束聚焦。他们将在光束和粒子操纵、数据存储、量子信息处理以及集成光子器件中的模式复用通信方面找到广泛的应用。
由此产生的石墨烯超透镜有望在使用OAM光束的集成光学和光子器件中得到广泛应用。对于这些应用,需要较小直径的环形光斑。改进制造、增加超透镜尺寸或使用其他具有更高折射率对比度的2D材料的方法可以在一定程度上减小环形光斑尺寸。
然而,石墨烯OAM超透镜的环形斑点的最小直径遵循衍射极限。为了进一步减小光斑尺寸,需要提出新的理论,也许超振荡超透镜和螺旋相位加载的结合是可能的方法之一。
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