玩转光子“消消乐”：利用光学灾变雕刻轨道角动量 | Nature Communications

背景：轨道角动量（OAM）光束因其独特的螺旋波前和无限正交模式，在光通信、数据存储和光学操控等领域具有重要应用前景。然而，传统方法主要关注扩展OAM通道数量，忽视了光束形态的灵活调控与传输稳定性，且现有调控框架未将内禀OAM作为独立维度进行考虑，限制了信息加密的密钥空间。研究目的：针对上述挑战，国际联合研究团队旨在开发一种全新策略，利用光学灾变（焦散现象）在三维自由空间中灵活“雕刻”OAM光束，实现高内禀成分的OAM光场全空间调控，并构建高效的光学信息加密系统。结论：研究团队成功提出并实验验证了基于光学灾变的OAM雕刻方法，利用双光子聚合光刻技术制备超表面，在焦散点处施加补偿相位，实现了将OAM光束雕刻成任意图案（如星形、圆形），并使其沿预设弯曲轨迹传输时保持轮廓稳定。该团队还首次提出了“隐形OAM”概念，通过控制傅里叶谱使光束在传输中途隐匿信息，并在目标截面恢复。基于此，他们演示了五维光学信息加密方案，显著提升了加密复杂度和安全性。该工作为高维、鲁棒的结构化光调控提供了通用平台。