微纳光电子学研究院副教授谢振威、欧洲科学院院士袁小聪教授团队与湖南大学胡跃强教授、段辉高教授团队合作，利用介电超表面器件对光场径向动量进行精细调控，首次成功实现了兼具超宽谱响应、消色差特性和无衍射传播能力的“完美涡旋光束”（Achromatic, Non-diffracting Perfect Vortex Beam, ANPVB）。该工作突破了传统光学涡旋长期面临的三大核心瓶颈：光束直径依赖于拓扑荷、波长相关的色散效应，以及在长距离传播过程中因衍射导致的光束扩散。研究团队创新性地提出基于介电超表面的径向动量调控策略，不仅有效克服了上述限制，还为结构化光技术的实际应用开辟了新路径。相关研究成果以“Ultrabroadband, achromatic, and non-diffracting perfect optical vortex generation via radial momentum control in dielectric metasurfaces”为题，发表于《Nature》旗下综合性顶级期刊Nature Communications。
图1 基于超表面径向动量调控实现的超宽谱、无色散、无衍射的完美涡旋光束。
光学涡旋——携带“光之螺旋”的特殊光束——在光操控、光通信和成像等前沿技术中具有关键作用。然而，其实际应用长期受限于一个根本性难题：光束的尺寸和发散特性会随其拓扑荷（即“扭曲程度”）和波长（颜色）发生不可控变化，导致难以构建稳定、可扩展的光学系统。针对这一挑战，本研究提出并实现了一种突破性方案：通过精密设计的介电超表面调控光场的径向动量，成功生成一类新型“消色差无衍射完美涡旋光束”（Achromatic Non-diffracting Perfect Vortex Beams, ANPVBs）。这类光束在可见光全波段（450–780 nm）内，无论拓扑荷或波长如何变化，均能保持近乎恒定的直径，并在长距离传播中几乎不发生衍射扩散。该成果首次实现了光束尺寸与传统限制因素（拓扑荷和波长）的有效解耦，为高容量光通信、量子信息处理及先进成像等应用提供了高度稳定且灵活可控的新一代结构光平台。
深圳大学博士后夏天（现为山东师范大学副研究员）与副教授谢振威为共同第一作者，深圳大学副教授谢振威、教授袁小聪和湖南大学教授胡跃强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助理教授张强、硕士生肖文淳，湖南师范大学副教授杨辉、湖南大学教授段辉高及山东师范大学教授蔡阳健。该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金、深圳市科创委、深圳大学2035项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66609-8
