你看過光子“颶風”嘛？這項科研成果實現光學領域“0到1的突破”

這一新型光場將為利用光識別物質提供了全新手段，也為信息傳遞提供更廣的通道。

在上海理工大學光電信息與計算機工程學院的實驗室，有兩張實驗常用的高精度隔振平台，它們一個服務於超快脈沖光領域，另一個服務於空間光場調控領域，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，在庄鬆林院士的指導下，上理工詹其文教授帶領的納米光子學團隊歷時2年，創造性地將這兩個領域 “合二為一”，首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位並攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創了一個全新的光子軌道角動量自由度。相關研究成果發表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》上，並成功入選美國光學學會（OSA）評選的2020年度全球30項光學重大進展。據了解，國內僅有4家單位入選，且上理工為獨立完成單位。

【0到1的突破 “試”出光子“颶風”】

如果說，目前已經發現的光學角動量運動軌跡是“龍卷風”，那麼詹其文教授團隊的最新發現則是形成類似於快速移動的光子“颶風”，為利用光識別物質提供了全新手段，也為信息傳遞提供更廣的通道，可以說是光學領域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台射向空間光場調控平台，但是發現這不是簡單的1+1，我們嘗試對各實驗要素系統集成，把兩個不交融的領域合在一個實驗台上。”詹其文教授談道。

出於科研敏感，詹其文帶領團隊創造性地利用“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波包，這一新型光波包在光子能量快速向前傳輸的同時，光子能流圍繞一個隨波包移動的橫向軸旋轉，從而形成光子“颶風”。

【“多想一步” 偶然發現實為創新必然】

“其實，我們所用的方法是光學人都懂的原理，所形成的裝置也都是一般實驗室裡有的。之所以，我們在世界范圍內第一個做出來，歸根結底在於比別人‘多想了一步’，科研的魅力不就在於此嗎？”詹其文教授笑著說。在他看來，做科研不能囿於教科書，一次偶然的發現可能會對整個領域產生質變，而這也是科研工作者全力以赴、追求卓越的動力。

據了解，這一發現在光通訊、光信息處理、量子光學、粒子操控、相對論空間物理等領域具有重要的潛在研究和應用價值。“如果把我們比喻成密室的開門人，那麼下一步就是要爭分奪秒地去探尋密室裡的寶藏。”庄鬆林院士表示，盡管詹其文教授團隊的研究發現被世界認可，但實驗越是容易被模仿重復，未來的競爭也會更加激烈，他們不能隻做“筑巢”的人，還要在此基礎上迅速開展系列工作。

據悉，研究團隊最近獲得國家自然科學基金委“新型光場調控物理與應用重大研究計劃”的重點項目支持，將在這一領域進一步開展系統深入的研究，並期待與國內外同行開展廣泛合作。