我院黄旭光教授团队原创性研究成果在Nanoscale等国际期刊发

近日，我院黄旭光教授团队在纳米技术领域国际顶尖期刊Nanoscale（影响因子6.739）发表关于涡旋光的研究论文“Light beams with selective angular momentum generated by hybridplasmonic waveguides”。

正常情况下光都是沿着直线运行，但在真空中穿行的光可以呈螺旋方式运行，这种旋转的光被称作旋涡光(optical vortices)。光涡旋跟光子的轨道角动量有关，其轨道角动量量子数为，可以取任意的整数。而另一方面，光子同时具有自旋角动量，它与光的圆偏振态有关，左/右旋圆偏振光的自旋量子数为。在自由空间之中，光子的自旋（圆偏振态）和涡旋（轨道运动）是相互独立的运动，互不相扰。只有在特殊的光学介质中，光子的自旋和涡旋才可能发生耦合，这是光子的一种奇异量子特性，为近年来光学和物理学等领域的热点前沿之一。

黄旭光教授团队研究发现，在纳米线（nanowire）硅波导里，某些情况下光子的自旋和轨道运动无可避免地耦合在一起，不再是相互独立的运动，所以通过控制光子的自旋（圆偏振态）就可以间接地控制光子绕光轴的轨道运动(涡旋)。据此，该团队利用亚波长金属纳米结构与硅波导结合的办法，在国际上首次提出了能让光子同时自旋和涡旋的纳米器件。该器件截面尺寸只有几百个纳米（一纳米等于十亿分之一米），比传统的光学元件小数千至数十万倍。这些器件基于硅基光波导，可以在光子芯片上构成大规模的复杂阵列结构，并可用标准的集成电路工艺制作。因此，这一突破将使得人们能够大规模、低成本制作集成光子自旋/漩涡器件芯片，从而开发出原来不可能实现的许多全新应用。该团队所取得的重要成果，最近分别发表在纳米材料的著名杂志Nanoscale和光学领域的权威杂志Optics Letters上。光子作为当今时代信息和能量的重要载体，人们完全有理由期待光子自旋-轨道角动量耦合的研究将导致新型光子学器件的产生，并可能衍生出一门类似于自旋电子学(Spintronics)的新学科——自旋光子学(Spin-optics)。

黄旭光教授团队主要从事纳米集成光子学领域的理论研究工作。今年7月，该团队在光学国际顶尖期刊Laser & Photonics Reviews（影响因子9.313）上首次报道了关于可调石墨烯波导的研究工作，并利用石墨烯波导的电致调谐特性实现红外波段的光通信调制器与衰减器，可用于光信号的调制和衰减，为未来新型光电通信芯片信号检测与互联奠定了基础。此外，该课题组2013年在Nature新子刊《ScientificReports》（影响因子5.078）发表了关于局域表面等离子宽带偏振分束器的研究成果。（文/通讯员 黄旭光教授课题组 编辑/王伍）