近日，浙江师范大学物电学院钱义先教授联合新加坡南洋理工大学申艺杰助理教授、河南科技大学李新忠教授团队在光学轨道角动量调控方面取得新进展，相关研究成果以Orbital Angular Momentum of Structured Vortex Beams Induced by Intensity Singularity为题发表在光学领域顶级期刊Laser & Photonics Reviews （中科院1区，IF=11.1)。
光学轨道角动量（orbital angular momentum, OAM）是光场的一个重要基本属性，携带OAM的光场被称为涡旋光场，在粒子操纵、成像、全息显示、光学通信和光学探测等领域有广泛的应用。然而，传统的涡旋光束空间结构通常表现为环形甜甜圈形状，结构单一；其次，经典涡旋光场总是从相位奇点和偏振奇点的角度产生。这将导致其在空间强度信息上的潜力未能得到充分利用，同时也限制涡旋光场的多路复用和光学微操纵的灵活应用。为此我们从强度奇点的角度出发，不仅可以产生携带OAM的涡旋光场，而且该光场具有任意可调控空间结构。在光通信领域和光学微操纵领域，为光学OAM提供更高的调控维度。
图1. 结构化光学轨道角动量产生原理
本课题组将研究奇点拓扑结构的数学突变理论，类比引入光学领域。基于几何光线的逆向设计方法，构建一种强度奇点诱导的可自由调控的结构光场，其相位展现明显的梯度分布，因此该光场具有结构化的光学轨道角动量特征；同时由于强度奇点作用，其光场也展现显著的强度梯度。光场强度梯度和相位梯度的结合，特别有益于光学微加工、微粒操纵。
图2. 携带OAM的三种结构光场（相位，OAM密度，能流）
该团队提出的方法能构建任意结构化的涡旋光场。打破了传统从相位奇点和偏振奇点的方法中拓展OAM光场的限制，能够按照需求实现任意结构化的涡旋光场的定制。为灵活的光学微加工、微操纵开辟了一条新途径。
图3. 三种结构光场的光学微操纵
论文的第一作者为浙江师范大学物理学博士生胡俊涛，浙江师范大学是论文的第一完成单位。通讯作者为浙江师范大学钱义先教授、新加坡南洋理工大学申艺杰助理教授和河南科技大学李新忠教授。研究工作得到南方科技大学李贵新教授、上海理工大学詹其文教授的支持。该研究工作得到国家自然科学基金（12474301, 12274116）、浙江省自然科学基金重点项目（LXZ22A040001）的资助。
钱义先，浙江师范大学物电学院教授、博士生导师，光场调控与生物光子学团队负责人。主要从事奇点光学、光场调控、光学微操纵技术及光电成像研究。先后主持3项国家自然科学基金面上项目，4项省自然科学基金项目（含1项重点项目）; 以通讯作者在Laser & Photonics Rev., Appl. Phys. Lett., Opt. Lett.等期刊上发表学术论文60余篇，授权发明专利12项。
编辑：盛灿灿
