【48812】给光规划一个“扳手”

  给光规划一个“扳手”，镜头就能更轻浮。未来的显微镜、相机镜头、望远镜，或许不再需求粗笨、杂乱的镜头组了，仅经过纳米级的超薄结构薄膜，就能完成光的相位调控。

  这是“悬链线光学”的使用远景之一。不久前，中国工程院院士、中国科学院光电技能研讨所所长罗先刚及其团队，由于这项研讨，荣获2023年度国家天然科学奖二等奖。他们在国际上初次证明：使用光子自旋-轨道角动量相互作用的物理原理，悬链线能够对光发生安稳、可控的“扳手”作用。简略来说，用悬链线结构制作的光学器材，不凭借任何凹凸镜面，在二维平面上就能完成光的反常折射、反射，乃至让光旋转成恣意姿势。

  什么是悬链线？它是一条两头固定的链条在重力作用下曲折构成的曲线。日子中常见的蜘蛛网、电线、晾衣绳等都是悬链线结构。便是这样一条看似简略的曲线，隐藏着光学革新的隐秘。

  从2003年开端，罗先刚就带领团队测验用各种数学方法研讨纳米标准的反常光学现象，期望从原理层面打破传统光学理论的约束。

  十年间，脑筋风暴不断，核算不断，许多立异测验尽管获得明显使用作用，但其背面的物理机理依然不行明晰。

  怎么办？回到根本物理问题——相位因子。杨振宁曾归纳20世纪物理学的三大主旋律：量子化、对称性和相位因子。在日常研讨中，罗先刚也重复提及，要从根本物理和数学层面去展开原创性的研讨，“微观光学是一个巨大瑰宝，有必要别出心裁，从科学研讨的‘根’上进行打破”。

  从头动身，会带来原创性打破吗？在既往研讨中，科学家一般会用离散型结构去完成相位调控。离散型结构调控自由度高、有表可查，但简单带来相位差错，导致功率下降。

  “眼镜、反射镜、望远镜等各种透镜的外表都是润滑和接连的，能否规划出一种非离散型结构让相位散布也如此呢？”罗先刚的一句话，打开了研讨思路。

  “规划结构的进程很像在做集成电路，需求把每个结构的走向、尺度规划出来，而且准确到纳米等级。”小组成员蒲明博回想。

  尤其在规划透镜或许涡旋光发生器时，团队费尽功夫。在人工智能没有大范围的使用时，凭借核算机编程辅佐，团队自己建立模型、精细核算。“在百毫米量级范围内要设置很多纳米结构，有必要让核算机依照必定的函数规矩去编程。”蒲明博说。

  模型搭起，图形暴露，推导出函数式。直到翻阅很多数学材料后，才确认发生接连线性相位的结构遵从一种特别的悬链线函数。那一刻，小组成员都有种“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯光阑珊处”的慨叹。

  眼下，团队还在继续深化对悬链线光学的研讨。人们能以多高自由度刻画光？探究悬链线光学的最高光场调控自由度是下一步研讨要点。（记者 赵洁）

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