近期，西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室微纳光学与光子集成课题组在基于介质超表面（metasurface）的光学角动量复用/解复用研究方面取得新进展。该研究基于光子自旋霍尔效应并采用离轴技术，实现了10通道的光学角动量复用/解复用，对大容量光通信应用有重要意义。该项工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）“大规模光子集成芯片”和国家自然科学基金项目支持。相关成果以“Efficient optical angular momentum manipulation for compact multiplexing and demultiplexing using a dielectric metasurface”为题，发表于期刊《Advanced Optical Materials》，论文第一作者为2016级博士研究生李思奇（导师：赵卫研究员），通讯作者为王国玺研究员和张文富研究员，西安交通大学张磊教授对本研究亦有重要贡献。
基于介质超表面的光学角动量复用/解复用示意图
角动量是光子的基本特性之一，包括自旋角动量和轨道角动量。其中，自旋角动量与光波的圆偏振态相关，具有2个本征值，轨道角动量与光波的螺旋相位相关，理论上具有无穷多的正交基，因此利用角动量模式复用技术能够极大提升系统的频谱利用率。传统光学角动量产生与复用系统通常需要柱透镜、波片、空间光调制器等各类光学元件，结构复杂、体积庞大及稳定性相对较差。超表面是一种由平面型超原子（meta-atom）按照一定方式构建而成的二维结构，通过对平面内不同位置超原子的精确设计，获得电磁波的任意相位分布，从而实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控，为集成化的光学角动量产生与复用技术提供解决方案。
研究团队采用超原子动力学相位与几何相位相结合的方法，通过在单个频率上加载角动量模式信息，实现了光学自旋角动量和轨道角动量的同时复用/解复用。研究还发现系统在整个O波段（1260 nm-1360 nm）均表现出较高的能量利用效率，因此能够与波分复用系统兼容使用，进一步提高系统的频谱利用率。该方案具有结构紧凑、灵活性强和易于集成等优点，在大容量光通信、光数据存储和量子信息处理等领域有重要应用。
不同工作波长下的出射光斑强度与相位分布
李思奇系西安光机所瞬态室博士生，师从赵卫研究员、张文富研究员。在学期间，主要开展基于介质超表面的光场调控研究，并取得了系列成果，以第一作者发表SCI论文4篇，其中2篇发表在《Advanced Optical Materials》上，以合作者发表论文7篇，受理发明专利1项，参加国际学术会议4次并做口头报告，获得The 12th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics（APNFO）会议的“最佳学生奖”，在学期间曾获得大恒光学奖学金特别奖、博士研究生国家奖学金、中国科学院大学三好学生标兵等荣誉。
获得荣誉
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.201901666
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