本科生團隊提出光場調控新方法 獲南開本科創新項目特等獎

南開新聞網訊(記者 馬超)對光場的偏振、相位和振幅分布進行空域調控能夠發揮出許多傳統激光不具有的優異性能，且在量子通信、超顯微成像和光學捕獲等領域具有廣闊應用前景。近日，我校物理科學學院本科生劉癸庚、陳曦、吳雪梅、李妍霏等組成科研團隊，依託「國家級大學生創新創業訓練計劃」項目，對光場調控這一領域嘗試進行研究。項目組提出了具有優異性能的新型光場調控方法，且在光場緊聚焦和偏振信息編碼等應用領域進行了探討與研究。憑藉系列成果，此項目在2017年本科生創新實踐表彰會上被評為「本科創新項目特等獎」。

「目前對於光場調控已有眾多實現方法，但這些方法並不能滿足在不同應用環境下要求的多自由度、高效率、超快響應速度、不依賴于波長等特性，亟待更多實現方法的提出來解決這些問題。」項目負責人劉癸庚介紹。為此，項目組主要基於二維全息光柵、膽淄型液晶片和楔形液晶片3種方法來實現對光場的調控，這3種方法均具有傳統方法不具有的優異性能，能夠滿足不同環境下的應用需求。

利用二維全息光柵進行光場調控的方法，是將二維全息光柵載入在液晶空間光調製器上，利用一套光學4f系統對載入了空間相位信息的兩個方向+1級衍射光束進行偏振轉換然後再疊加。這種方法是在物理科學學院王慧田教授課題組研究成果上拓展而來，但是具有更高的調控自由度，可以實現同時對光場偏振、相位和振幅完全任意調控。

利用膽淄型液晶片進行光場調控的方法，是通過將膽淄型液晶製作成可調節玻片，只需調節所加電壓即可實現調控光場偏振態分布，這種方法的調控效率逼近理論極限，且在任意兩種偏振態之間切換的響應速度小於1毫秒。

相比於傳統平行液晶片，項目組提出的利用楔形液晶片進行光場調控具有低成本、多自由度和不依賴于波長等優異性能。利用獨有的曝光方法，項目組製備出具有任意分子取向分布的楔形液晶片，在較寬波段內均實現了光場的偏振和振幅調製。

除此之外，項目組同時重點研究了光場的長軸和橢偏率均具有任意分布時的緊聚焦特性，並提出了此種光場在信息編碼方面的應用。項目組在實驗上實現了對光場偏振的長軸和橢偏率進行獨立編碼，這種編碼方式可以將兩獨立信息載入於光場中，可以應用於光學信息加密和光學信息傳遞等領域。

該項目研究在物理科學學院副教授塗成厚具體指導下完成，同時得到了王慧田教授的大力支持和指導，以及中佛羅里達大學吳詩聰教授等的指導和幫助。塗成厚認為，該項目組對光場的振幅、偏振和相位調控方面有了更深入的認識和理解，在基於液晶器件的光場空域調控方面獲得了紮實的理論和實踐知識，為後續的科研奠定了堅實的基礎。

塗成厚鼓勵項目組成員說：「作為本科生能取得如此成果相當難得，項目研究成果已達到專業科研的水平，相關論文已投稿至國外高水平期刊。當然，這裡需要指出的一點是，科研還是需要抱著平常心，腳步到了，路自然就形成了，希望更多的同學能從該項活動中受益！」

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