近日，深圳大學微納光電子學研究院謝振威副教授、袁小聰教授團隊與湖南大學段輝高教授團隊合作，利用具有對稱性排布的形狀雙折射超表面器件首次揭示并驗證了光矢量簡并模式中奇偶宇稱霍爾效應。這項工作不僅拓展了超表面器件的光場調控自由度，而且還展示了基于奇偶宇稱的光場調控新手段。相關成果以“Optical vectorial-mode parity Hall effect: a case study with cylindrical vector beams”為題，發(fā)表在Nature旗下綜合性期刊《Nature Communications》。https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3

圖1 基于超表面實現(xiàn)的矢量模式宇稱霍爾效應示意圖。通過形狀雙折射超表面，將CVB的偶宇稱（P = 1）和奇宇稱（P = -1）模式分離到不同的方向。

光場具有非常豐富的調控自由度，如：相位、振幅、偏振、角動量、頻率/波長等，如何調控這些自由度是實現(xiàn)各種光子器件的關鍵技術。偏振態(tài)是光場的一個重要調控自由度，已經在光子學的各個學科中得到廣泛利用。一般具有均勻偏振態(tài)分布的稱為標量光場，而另一種空間偏振態(tài)有變化的分布則稱為矢量光場。矢量光場（包括：包括圓柱矢量光束（CVB）、Poincaré光束以及光纖中的矢量HE模式等）因其豐富的偏振特性而具有非常特殊的光與物質相互作用機制，在相關領域得到了廣泛關注，如：光鑷、光學超分辨顯微成像、光通信等。作為圓柱對稱排布的矢量光場，圓柱矢量光束（CVBs）是矢量光場里面非常重要的例子，它是圓柱對稱邊界條件下矢量亥姆霍茲方程的本征解，也可以通過拉蓋爾-高斯（LG）、厄米特-高斯或貝塞爾-高斯模式的組合來生成。除了其固有的偏振拓撲結構外，矢量光場還包含著與偶（even）或奇（odd）相關的內在對稱性宇稱自由度，對應于一對簡并的正交模式。

然而，目前尚未有關于如何調控奇宇稱模式和偶宇稱模式的研究。在這項工作中，研究團隊利用對稱排列的具有形狀雙折射的超表面器件首次實現(xiàn)并驗證了矢量模式的奇偶宇稱霍爾效應，并進一步利用模式奇偶宇稱霍爾效應演示了矢量簡并奇偶模式解復用及矢量簡并奇偶模式編碼全息，顯示了其在光通信及全息成像領域的潛在應用。

深圳大學博士生周長宇、碩士生梁偉立與謝振威副教授為共同第一作者，深圳大學謝振威副教授、袁小聰教授和湖南大學段輝高教授為論文的共同通訊作者，深圳大學是第一單位和第一通訊單位。論文其他作者還有深圳大學的碩士生馬佳，湖南大學楊輝博士、楊興及胡躍強副教授。該研究得到了廣東省基礎與應用基礎重大項目、國家自然科學基金、深圳市科創(chuàng)委、深圳大學2035項目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3