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

然而，在中國(guó)工程院院士、上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院院長(zhǎng)莊松林的領(lǐng)導(dǎo)下，該校詹其文教授帶領(lǐng)的納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)2年，創(chuàng)造性的將這兩個(gè)領(lǐng)域“合二為一”，首次從理論到實(shí)驗(yàn)展示了具有時(shí)空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場(chǎng)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的光子軌道角動(dòng)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(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）評(píng)選的2020年度全球30項(xiàng)光學(xué)重大進(jìn)展。

莊松林院士（右三）與詹其文教授（左三）指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

0到1的突破，“試”出光子“颶風(fēng)”

如果說(shuō)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的光學(xué)角動(dòng)量運(yùn)動(dòng)軌跡是“龍卷風(fēng)”，那么詹其文團(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)則是形成類(lèi)似于快速移動(dòng)的光子“颶風(fēng)”，為利用光識(shí)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(shuō)是光學(xué)領(lǐng)域0到1的突破。

“一開(kāi)始我們就好奇是否可以讓光從超快脈沖平臺(tái)射向空間光場(chǎng)調(diào)控平臺(tái)，但是發(fā)現(xiàn)這不是簡(jiǎn)單的1+1，我們就嘗試對(duì)各實(shí)驗(yàn)要素系統(tǒng)集成，把兩個(gè)不交融的領(lǐng)域合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上�！闭财湮恼劦馈�

出于科研敏感，詹其文帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地利用“空間頻率—頻率面到空間—時(shí)間面”的傅里葉變換，成功生成了攜帶橫向光子軌道角動(dòng)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(shí)，光子能流圍繞一個(gè)隨波包移動(dòng)的橫向軸旋轉(zhuǎn)，從而形成光子“颶風(fēng)”。

研究人員利用激光觀測(cè)卡觀察紅外光光束的位置

“多想一步”，偶然發(fā)現(xiàn)實(shí)為創(chuàng)新必然

“其實(shí)，我們所用的方法是光學(xué)人都懂的原理，所形成的裝置也容易普及，而世界范圍內(nèi)我們可以先做出來(lái)，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？”在詹其文看來(lái)，做科研不能囿于教科書(shū)，一次偶然的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)整個(gè)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(dòng)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(duì)論空間物理等領(lǐng)域具有重要的潛在研究和應(yīng)用價(jià)值。盡管詹其文團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)被世界認(rèn)可，但他們深知，實(shí)驗(yàn)越是容易被模仿重復(fù)，未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)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(kāi)展系列工作。近日，研究團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委“新型光場(chǎng)調(diào)控物理與應(yīng)用重大研究計(jì)劃”的重點(diǎn)項(xiàng)目支持，將在這一領(lǐng)域進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究，并期待與國(guó)內(nèi)外同行開(kāi)展廣泛合作。

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