你看過光子“颶風(fēng)”嘛？這項科研成果實現(xiàn)光學(xué)領(lǐng)域“0到1的突破”

這一新型光場將為利用光識別物質(zhì)提供了全新手段，也為信息傳遞提供更廣的通道。

在上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院的實驗室，有兩張實驗常用的高精度隔振平臺，它們一個服務(wù)于超快脈沖光領(lǐng)域，另一個服務(wù)于空間光場調(diào)控領(lǐng)域，在光子軌道角動量研究中，這是兩個“各自為政”的研究方向。

然而，在莊松林院士的指導(dǎo)下，上理工詹其文教授帶領(lǐng)的納米光子學(xué)團(tuán)隊歷時2年，創(chuàng)造性地將這兩個領(lǐng)域 “合二為一”，首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創(chuàng)了一個全新的光子軌道角動量自由度。相關(guān)研究成果發(fā)表在世界光學(xué)頂尖期刊《自然-光子學(xué)》上，并成功入選美國光學(xué)學(xué)會（OSA）評選的2020年度全球30項光學(xué)重大進(jìn)展。據(jù)了解，國內(nèi)僅有4家單位入選，且上理工為獨(dú)立完成單位。

【0到1的突破 “試”出光子“颶風(fēng)”】

如果說，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的光學(xué)角動量運(yùn)動軌跡是“龍卷風(fēng)”，那么詹其文教授團(tuán)隊的最新發(fā)現(xiàn)則是形成類似于快速移動的光子“颶風(fēng)”，為利用光識別物質(zhì)提供了全新手段，也為信息傳遞提供更廣的通道，可以說是光學(xué)領(lǐng)域0到1的突破。

“一開始，我們很好奇是否可以讓光從超快脈沖平臺射向空間光場調(diào)控平臺，但是發(fā)現(xiàn)這不是簡單的1+1，我們嘗試對各實驗要素系統(tǒng)集成，把兩個不交融的領(lǐng)域合在一個實驗臺上�！闭财湮慕淌谡劦馈�

出于科研敏感，詹其文帶領(lǐng)團(tuán)隊創(chuàng)造性地利用“空間頻率—頻率面到空間—時間面”的變換，成功生成了攜帶橫向光子軌道角動量的超短脈沖光學(xué)波包，這一新型光波包在光子能量快速向前傳輸?shù)耐瑫r，光子能流圍繞一個隨波包移動的橫向軸旋轉(zhuǎn)，從而形成光子“颶風(fēng)”。

【“多想一步” 偶然發(fā)現(xiàn)實為創(chuàng)新必然】

“其實，我們所用的方法是光學(xué)人都懂的原理，所形成的裝置也都是一般實驗室里有的。之所以，我們在世界范圍內(nèi)第一個做出來，歸根結(jié)底在于比別人‘多想了一步’，科研的魅力不就在于此嗎？”詹其文教授笑著說。在他看來，做科研不能囿于教科書，一次偶然的發(fā)現(xiàn)可能會對整個領(lǐng)域產(chǎn)生質(zhì)變，而這也是科研工作者全力以赴、追求卓越的動力。

據(jù)了解，這一發(fā)現(xiàn)在光通訊、光信息處理、量子光學(xué)、粒子操控、相對論空間物理等領(lǐng)域具有重要的潛在研究和應(yīng)用價值�！叭绻�把我們比喻成密室的開門人，那么下一步就是要爭分奪秒地去探尋密室里的寶藏�！鼻f松林院士表示，盡管詹其文教授團(tuán)隊的研究發(fā)現(xiàn)被世界認(rèn)可，但實驗越是容易被模仿重復(fù)，未來的競爭也會更加激烈，他們不能只做“筑巢”的人，還要在此基礎(chǔ)上迅速開展系列工作。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊最近獲得國家自然科學(xué)基金委“新型光場調(diào)控物理與應(yīng)用重大研究計劃”的重點項目支持，將在這一領(lǐng)域進(jìn)一步開展系統(tǒng)深入的研究，并期待與國內(nèi)外同行開展廣泛合作。