近期，中科院上海光機所高功率激光物理聯(lián)合實驗室張軍勇副研究員聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙永蓬教授課題組和上海理工大學(xué)詹其文教授課題組，首次完成46.9nm波段分束渦旋調(diào)控與干涉檢測的實驗驗證，為更短波長的結(jié)構(gòu)分束調(diào)控以及軟X射線陣列結(jié)構(gòu)成像開辟了可行的技術(shù)途徑。相關(guān)成果以“Vortex bifocusing of extreme ultraviolet using modified Fermat-spiral photon-sieve splitter”為題，發(fā)表于Nanophotonics。

菲涅耳波帶片于二十世紀(jì)六十年代成功應(yīng)用于x射線聚焦，2001年光子篩的出現(xiàn)為短波的高性能聚焦提供了不同于傳統(tǒng)波帶片的器件選擇。渦旋光因攜帶軌道角動量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇點從而產(chǎn)生中空光束，這在粒子操控、光通信、量子信息處理、高分辨顯微成像等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。

圖1.波長46.9nm分束渦旋的聚焦實驗，(a)光路示意圖，(b)渦旋聚焦光斑，(c)半值全寬。

原理上各類螺旋線均能產(chǎn)生類似的渦旋光場，基于這一指導(dǎo)思想，研究人員設(shè)計了用于波長46.9nm渦旋分束的改進型費馬螺旋光子篩。在氣體放電等離子體極紫外46.9nm激光實驗中成功獲得兩個拓撲荷相反的分束渦旋光斑，圖1給出了46.9nm渦旋聚焦實驗結(jié)果，圖2顯示了分束的兩個渦旋光與參考光的干涉結(jié)果，單叉絲說明渦旋光的拓撲荷為1，叉絲方位角反映了渦旋光互為相反的手性。自支撐異形光子篩因為天然的鏤空結(jié)構(gòu)，特別適用于短波段的結(jié)構(gòu)分束調(diào)控，這為未來軟X射線分束渦旋調(diào)控與干涉、高次諧波阿秒光的結(jié)構(gòu)調(diào)控與陣列傳感成像提供了新的發(fā)展契機。

圖2.波長46.9nm分束渦旋的干涉測量，(a-b)仿真結(jié)果，(c)實驗結(jié)果。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金、上海市青年科技英才揚帆計劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類項目的支持。

審核編輯 黃宇