近日，中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)物理學(xué)院教授董建文團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了雙層超構(gòu)光柵具有贗偏振拓?fù)鋵傩裕U明了連續(xù)域束縛態(tài)和單向?qū)９舱竦韧負(fù)涔鈱W(xué)模式是兩類特殊的贗偏振圖像。同時(shí)，拓?fù)浔Ｗo(hù)下的非對(duì)稱輻射可以被用于相位差連續(xù)可調(diào)的相干完美吸收。相關(guān)成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
“對(duì)非對(duì)稱輻射行為的深入理解和靈活調(diào)控，將對(duì)非對(duì)稱光調(diào)控應(yīng)用具有十分重要的意義。”論文第一作者、中山大學(xué)物理學(xué)院博士生莊澤鵬表示，近年來(lái)，以光子晶體平板為代表的周期性微納亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中的遠(yuǎn)場(chǎng)偏振渦旋受到了廣泛關(guān)注。基于偏振渦旋的圖像，研究者們揭示了連續(xù)域束縛態(tài)和單向?qū)９舱駜深愄厥夥菍?duì)稱輻射背后的拓?fù)鋵傩浴Ｈ欢瑢?duì)于一般的非對(duì)稱輻射，即任意的單向度和相位差，動(dòng)量空間偏振渦旋的圖像難以完整描述，極大限制了對(duì)非對(duì)稱輻射演化規(guī)律和調(diào)控機(jī)制的探索。
董建文團(tuán)隊(duì)在能谷波導(dǎo)、角態(tài)微腔等前期研究基礎(chǔ)上，將拓?fù)涔鈱W(xué)原理引入超構(gòu)光柵的非對(duì)稱輻射研究。團(tuán)隊(duì)提出了一般非對(duì)稱輻射的贗偏振物理圖像，將任意非對(duì)稱輻射一一映射到贗偏振的幾何參量。結(jié)合龐加萊球，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)連續(xù)域束縛態(tài)和單向?qū)９舱穹謩e對(duì)應(yīng)于球心和S2軸的極點(diǎn)，而一般非對(duì)稱輻射行為則可以由龐加萊球球面完整描述。以雙層超構(gòu)光柵為例，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了合成參數(shù)空間kx -Δg中贗偏振渦旋的形成機(jī)制和演化規(guī)律。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)連續(xù)域束縛態(tài)在參數(shù)空間中誘導(dǎo)了帶整數(shù)拓?fù)浜傻内I偏振渦旋。
當(dāng)打破空間反演對(duì)稱性時(shí)，贗偏振渦旋將分裂為一對(duì)半整數(shù)的圓偏振點(diǎn)，這使得龐加萊球球面可以被大范圍覆蓋，由此可基于雙層超構(gòu)光柵實(shí)現(xiàn)輻射單向度和相位差的獨(dú)立調(diào)控。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)演示了相位差連續(xù)可調(diào)的相干完美吸收新應(yīng)用。相干完美吸收機(jī)制能極大增強(qiáng)弱吸收材料的光吸收能力，也被稱為反激光。團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論分析指出非對(duì)稱輻射調(diào)控可以應(yīng)用于定制化設(shè)計(jì)相干完美吸收條件。
前文的研究中，拓?fù)浜墒睾懵杀ＷC了參數(shù)空間一對(duì)圓偏振點(diǎn)穩(wěn)定存在，進(jìn)而保證了相干完美吸收的入射光相位差在-π/2到π/2范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。董建文團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論計(jì)算和全波模擬表明，相干吸收大小可以通過(guò)入射光相位差靈活調(diào)控，且峰值對(duì)應(yīng)相位差可以在-π/2到π/2內(nèi)定制化設(shè)計(jì)。
論文通訊作者董建文表示，該工作為理解微納亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中非對(duì)稱輻射光學(xué)行為的拓?fù)湫再|(zhì)提供了新的視角，有望實(shí)現(xiàn)光控和非對(duì)稱動(dòng)態(tài)調(diào)制的新型光子器件，在光電探測(cè)、熱輻射、micro-LED控光、量子發(fā)射等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
