近日，深圳大學(xué)微納光電子學(xué)研究院謝振威副教授、袁小聰教授團(tuán)隊(duì)與湖南大學(xué)段輝高教授團(tuán)隊(duì)合作，利用具有對(duì)稱性排布的形狀雙折射超表面器件首次揭示并驗(yàn)證了光矢量簡(jiǎn)并模式中奇偶宇稱霍爾效應(yīng)。這項(xiàng)工作不僅拓展了超表面器件的光場(chǎng)調(diào)控自由度，而且還展示了基于奇偶宇稱的光場(chǎng)調(diào)控新手段。相關(guān)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(shí)現(xiàn)的矢量模式宇稱霍爾效應(yīng)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(chǎng)具有非常豐富的調(diào)控自由度，如：相位、振幅、偏振、角動(dòng)量、頻率/波長(zhǎng)等，如何調(diào)控這些自由度是實(shí)現(xiàn)各種光子器件的關(guān)鍵技術(shù)。偏振態(tài)是光場(chǎng)的一個(gè)重要調(diào)控自由度，已經(jīng)在光子學(xué)的各個(gè)學(xué)科中得到廣泛利用。一般具有均勻偏振態(tài)分布的稱為標(biāo)量光場(chǎng)，而另一種空間偏振態(tài)有變化的分布則稱為矢量光場(chǎng)。矢量光場(chǎng)（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(zhì)相互作用機(jī)制，在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，如：光鑷、光學(xué)超分辨顯微成像、光通信等。作為圓柱對(duì)稱排布的矢量光場(chǎng)，圓柱矢量光束（CVBs）是矢量光場(chǎng)里面非常重要的例子，它是圓柱對(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，矢量光場(chǎng)還包含著與偶（even）或奇（odd）相關(guān)的內(nèi)在對(duì)稱性宇稱自由度，對(duì)應(yīng)于一對(duì)簡(jiǎn)并的正交模式。

然而，目前尚未有關(guān)于如何調(diào)控奇宇稱模式和偶宇稱模式的研究。在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用對(duì)稱排列的具有形狀雙折射的超表面器件首次實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了矢量模式的奇偶宇稱霍爾效應(yīng)，并進(jìn)一步利用模式奇偶宇稱霍爾效應(yīng)演示了矢量簡(jiǎn)并奇偶模式解復(fù)用及矢量簡(jiǎn)并奇偶模式編碼全息，顯示了其在光通信及全息成像領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

深圳大學(xué)博士生周長(zhǎng)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(xué)謝振威副教授、袁小聰教授和湖南大學(xué)段輝高教授為論文的共同通訊作者，深圳大學(xué)是第一單位和第一通訊單位。論文其他作者還有深圳大學(xué)的碩士生馬佳，湖南大學(xué)楊輝博士、楊興及胡躍強(qiáng)副教授。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科創(chuàng)委、深圳大學(xué)2035項(xiàng)目的支持。

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