拓展并利用新的光子自由度对于高速片上光互连具有重要意义。庞加莱光束作为一种矢量涡旋光束，具有空间变化的偏振状态和轨道角动量信息，能够为多路复用技术提供额外的自由度。庞加莱光束的产生通常需要借助一系列光学元件以实现相位、偏振调控，如螺旋相位板、空间光调制器等，复杂的光路和分立的光学元件难以适用于光子集成平台。近期，南京大学李涛教授、祝世宁院士研究组提出了一种基于双原子几何相位超构表面和双端口铌酸锂光波导的导模辐射调控方法[1]，实现了高阶庞加莱球上任意状态的产生和转换。超表面单元中选取成对的硅纳米鳍结构，通过保持半波长的横纵位移差以及旋转中相互垂直的状态，将导模提取为具有相反拓扑荷数的左、右旋圆偏振光。基于面内导模干涉原理，这种采用正交排布的双原子超构单元能够有效抑制未经调制的辐射光，并保证高信噪比。最终，通过将双端口的铌酸锂波导结构中的输入模式引出，能线性叠加产生了位于高阶庞加莱球赤道上的柱矢量偏振光束。研究人员还通过改变两个端口中导模的相对强度和相位差，实现了可调控超构单元所处位置对应的导模偏振态，获得任意的高阶庞加莱光束。该工作将超构表面集成到铌酸锂平台上，提出了一种集成化的庞加莱光束产生方法，，赋予片上超构表面可调谐功能。未来有望在铌酸锂波导上集成电光调制器，实现完全集成的片上动态光场调控，为大容量光通信系统、高维量子纠缠等提供有效的解决方案。
[1] Ji J., Wang Z., Sun J., Chen C., Li X., Fang B., Zhu S.N., Li T. Metasurface-Enabled On-Chip Manipulation of Higher-Order Poincare Sphere Beams [J]. Nano Letters, 2023, 7(23): 2750-2757.
报告人：郑睿瑄
