美國哈佛大學(xué)研究人員日前通過將等離子體納米器件集成在激光器出射端面的方式，實(shí)現(xiàn)了對激光偏振態(tài)的控制。這一成果將減少激光設(shè)備的成本和體積，有可能會給照明、3D顯示器等領(lǐng)域帶來革新。
光束的偏振是指光場中電場分量振動的方向：如果電場振動的軌跡是一條直線，對應(yīng)的光束被稱為線偏振;如果電場劃過的軌跡是圓形，對應(yīng)的光束被稱為圓偏振。目前的半導(dǎo)體激光器僅能產(chǎn)生方向固定的線偏振光束，不能發(fā)出沿任意方向偏振的線偏振光和圓偏振光。如果需要各式各樣偏振態(tài)的激光束，只能將體積大且昂貴的偏振片或波片等光學(xué)器件放置于激光器出射光束所通過的路徑才能產(chǎn)生。
哈佛大學(xué)研究人員控制激光偏振態(tài)的方法與以往不同。他們將等離子體納米器件集成在激光器出射端面，使激光器產(chǎn)生的光束不能立即釋放，而是先轉(zhuǎn)化為在端面上傳播的表面等離子體。通過對端面納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，研究人員可以控制表面等離子體的傳播方向，以及各方向的強(qiáng)度和相位。這些表面等離子體最后被釋放，成為多束自由光波，它們在空間中疊加組合，可以產(chǎn)生所需的偏振態(tài)光。
這項(xiàng)研究成果4月13日作為封面文章刊登在美國《應(yīng)用物理通訊》雜志上。論文第一作者、哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士生虞南方4月14日在接受新華社記者采訪時說，偏振態(tài)光束有諸多實(shí)際用途。例如，衛(wèi)星通信和光纖通信中采用同頻率的兩束正交的電磁波能使信號的傳輸率翻倍;生物和化學(xué)科學(xué)家利用對左旋和右旋圓偏振光吸收率的差別來檢測具有對映異構(gòu)體特性的化學(xué)分子或生物大分子;不同偏振態(tài)的激光光束還被用于量子密碼技術(shù)中。
虞南方說，這項(xiàng)研究工作直接的應(yīng)用價值在于可能減少上述激光設(shè)備的成本和體積，擴(kuò)大激光的應(yīng)用范圍。在更普遍的意義上，等離子體納米器件可以被集成在任何光源表面，它們對光束偏振態(tài)的自由控制可能會給照明、3D顯示器等領(lǐng)域帶來革新。
據(jù)虞南方介紹，哈佛大學(xué)目前已經(jīng)就這項(xiàng)技術(shù)提出專利申請。
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