美國(guó)哈佛大學(xué)研究人員日前通過(guò)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(duì)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(huì)給照明、3D顯示器等領(lǐng)域帶來(lái)革新。
光束的偏振是指光場(chǎng)中電場(chǎng)分量振動(dòng)的方向：如果電場(chǎng)振動(dòng)的軌跡是一條直線(xiàn)，對(duì)應(yīng)的光束被稱(chēng)為線(xiàn)偏振;如果電場(chǎng)劃過(guò)的軌跡是圓形，對(duì)應(yīng)的光束被稱(chēng)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(xiàn)偏振光束，不能發(fā)出沿任意方向偏振的線(xiàn)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(guò)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(guò)對(duì)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?cè)诳臻g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(guó)《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(fǎng)時(shí)說(shuō)，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(hào)的傳輸率翻倍;生物和化學(xué)科學(xué)家利用對(duì)左旋和右旋圓偏振光吸收率的差別來(lái)檢測(cè)具有對(duì)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(shuō)，這項(xiàng)研究工作直接的應(yīng)用價(jià)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(duì)光束偏振態(tài)的自由控制可能會(huì)給照明、3D顯示器等領(lǐng)域帶來(lái)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(zhuān)利申請(qǐng)。
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