近日，深圳大学微纳光电子学研究院谢振威副教授、袁小聪教授团队与湖南大学段辉高教授团队合作，利用具有对称性排布的形状双折射超表面器件首次揭示并验证了光矢量简并模式中奇偶宇称霍尔效应。这项工作不仅拓展了超表面器件的光场调控自由度，而且还展示了基于奇偶宇称的光场调控新手段。相关成果以“Optical vectorial-mode parity Hall effect: a case study with cylindrical vector beams”为题，发表在Nature旗下综合性期刊《Nature Communications》。https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3
图1 基于超表面实现的矢量模式宇称霍尔效应示意图。通过形状双折射超表面，将CVB的偶宇称（P = 1）和奇宇称（P = -1）模式分离到不同的方向。
光场具有非常丰富的调控自由度，如：相位、振幅、偏振、角动量、频率/波长等，如何调控这些自由度是实现各种光子器件的关键技术。偏振态是光场的一个重要调控自由度，已经在光子学的各个学科中得到广泛利用。一般具有均匀偏振态分布的称为标量光场，而另一种空间偏振态有变化的分布则称为矢量光场。矢量光场（包括：包括圆柱矢量光束（CVB）、Poincaré光束以及光纤中的矢量HE模式等）因其丰富的偏振特性而具有非常特殊的光与物质相互作用机制，在相关领域得到了广泛关注，如：光镊、光学超分辨显微成像、光通信等。作为圆柱对称排布的矢量光场，圆柱矢量光束（CVBs）是矢量光场里面非常重要的例子，它是圆柱对称边界条件下矢量亥姆霍兹方程的本征解，也可以通过拉盖尔-高斯（LG）、厄米特-高斯或贝塞尔-高斯模式的组合来生成。除了其固有的偏振拓扑结构外，矢量光场还包含着与偶（even）或奇（odd）相关的内在对称性宇称自由度，对应于一对简并的正交模式。
然而，目前尚未有关于如何调控奇宇称模式和偶宇称模式的研究。在这项工作中，研究团队利用对称排列的具有形状双折射的超表面器件首次实现并验证了矢量模式的奇偶宇称霍尔效应，并进一步利用模式奇偶宇称霍尔效应演示了矢量简并奇偶模式解复用及矢量简并奇偶模式编码全息，显示了其在光通信及全息成像领域的潜在应用。
深圳大学博士生周长宇、硕士生梁伟立与谢振威副教授为共同第一作者，深圳大学谢振威副教授、袁小聪教授和湖南大学段辉高教授为论文的共同通讯作者，深圳大学是第一单位和第一通讯单位。论文其他作者还有深圳大学的硕士生马佳，湖南大学杨辉博士、杨兴及胡跃强副教授。该研究得到了广东省基础与应用基础重大项目、国家自然科学基金、深圳市科创委、深圳大学2035项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48187-3
