激光有手性？新型微激光发射螺旋光！
发布时间：2019-04-27
研究人员展示了一种基于新型设计实现集成微激光器，这种激光器能以手性模式发光，从而产生光螺旋。如果一个物体能从它的镜像中分辨出来，那么这个物体就有手性，由于螺旋形，开塞钻是特别好的例子。从旋转星系到DNA双螺旋结构，这种手性在自然界中无处不在。当光的相位沿传播轴弯曲时，可以定义光的手性。上世纪90年代，人们认识到利用光场的这种手性特征，即轨道角动量(OAM)，在技术上是有优势的。
实际上，OAM代表了一个无界的自由度，因为相位前沿理论上可以在一个光学周期内绕任意大的次数。因此，与常用的光偏振态相比，它为编码信息提供了一个大大扩展的基础，而光的偏振态仅限于二维基础。在这样一个高维的基础上复用信息，将有可能大大提高经典和量子信息协议的效率。此外，将如此大的角动量值传递给大量粒子，对于原子尺度上的光学操作方案(即原子镊子)是一项强大技术。由Jacqueline Bloch领导的纳米科学和纳米技术中心(C2N, CNRS-Univ。
用扫描电镜观察了六根耦合微柱(C2N)形成的六角形激光腔;右上角：图像示意图显示形成每个柱状结构的半导体层，每个柱状结构由两个反射镜和一个活动区域组成，该活动区域由一个quamtum井组成下：手性态光从六角形空腔发出的艺术表现，从而产生螺旋状光。图片：C2N / N. Carlon Zambon巴黎大学巴黎分校(Paris-Sud/Paris-Saclay)与来自里尔PhLAM实验室和克莱蒙特-费朗德帕斯卡研究所(Institut Pascal in Clermont-Ferrand)的合作者报告了一种新型集成激光结构的演示：这种结构能以手性态发光，从而产生光螺旋，这种微激光器的击穿优势在于可以通过简单光学手段控制开塞钻的方向(从顺时针到逆时针)，其研究成果发表在《自然光子学》上。为了产生这些手性态的光，研究人员使用了一种基于两种主要成分的方法。首先制作了一个由六个耦合微柱组成的六角形激光腔。
由于器件的旋转对称性，谐振模式呈现出具有明确值的OAM。其次，为了支持顺时针或逆时针光模式的发射，需要打破系统中的时间反转对称性，利用偏振和光OAM之间的工程耦合。这种耦合允许通过使用圆偏振光泵产生净手性的激光发射。因此，这种新型的微激光器根据光泵的圆偏振特性，发出顺时针或逆时针方向的相干光。本研究提出并实现了一种非常通用的方案，为实现新一代的微激光发射手性光奠定了基础。
