激光也有手性？新型微激光發射螺旋光！

研究人員展示了一種基於新型設計實現集成微激光器，這種激光器能以手性模式發光，從而產生光螺旋。如果一個物體能從它的鏡像中分辨出來，那麼這個物體就有手性，由於螺旋形，開塞鑽是特別好的例子。從旋轉星繫到DNA雙螺旋結構，這種手性在自然界中無處不在。當光的相位沿傳播軸彎曲時，可以定義光的手性。上世紀90年代，人們認識到利用光場的這種手性特徵，即軌道角動量(OAM)，在技術上是有優勢的。

實際上，OAM代表了一個無界的自由度，因為相位前沿理論上可以在一個光學周期內繞任意大的次數。因此，與常用的光偏振態相比，它為編碼信息提供了一個大大擴展的基礎，而光的偏振態僅限於二維基礎。在這樣一個高維的基礎上復用信息，將有可能大大提高經典和量子信息協議的效率。此外，將如此大的角動量值傳遞給大量粒子，對於原子尺度上的光學操作方案(即原子鑷子)是一項強大技術。由Jacqueline Bloch領導的納米科學和納米技術中心(C2N, CNRS-Univ。

用掃描電鏡觀察了六根耦合微柱(C2N)形成的六角形激光腔;右上角：圖像示意圖顯示形成每個柱狀結構的半導體層，每個柱狀結構由兩個反射鏡和一個活動區域組成，該活動區域由一個quamtum井組成下：手性態光從六角形空腔發出的藝術表現，從而產生螺旋狀光。圖片：C2N / N. Carlon Zambon

巴黎大學巴黎分校(Paris-Sud/Paris-Saclay)與來自里爾PhLAM實驗室和克萊蒙特-費朗德帕斯卡研究所(Institut Pascal in Clermont-Ferrand)的合作者報告了一種新型集成激光結構的演示：這種結構能以手性態發光，從而產生光螺旋，這種微激光器的擊穿優勢在於可以通過簡單光學手段控制開塞鑽的方向(從順時針到逆時針)，其研究成果發表在《自然光子學》上。為了產生這些手性態的光，研究人員使用了一種基於兩種主要成分的方法。首先製作了一個由六個耦合微柱組成的六角形激光腔。

由於器件的旋轉對稱性，諧振模式呈現出具有明確值的OAM。其次，為了支持順時針或逆時針光模式的發射，需要打破系統中的時間反轉對稱性，利用偏振和光OAM之間的工程耦合。這種耦合允許通過使用圓偏振光泵產生凈手性的激光發射。因此，這種新型的微激光器根據光泵的圓偏振特性，發出順時針或逆時針方向的相干光。本研究提出並實現了一種非常通用的方案，為實現新一代的微激光發射手性光奠定了基礎。

博科園-科學科普｜研究/來自: 納米科學和納米技術中心

參考期刊文獻:《Nature Photonics》

DOI: 10.1038/s41566-019-0380-z

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