长春光机所首次利用光学芯片实现光子角动量编码技术

日前，中科院长春光机所顾敏院士领导的研究团队首次利用光学芯片实现了纳米尺度下对光子角动量的操控。这是光信息技术领域的重大突破，其提供的全新光子角动量编码技术有望应用在超快速光通信、超高清显示、超安全信息加密、超高效量子通信及量子计算等各个领域。相关成果在线发表于《科学》。

光子可以携带角动量，包括与圆偏振光相关的自旋角动量和与螺旋相位相关的轨道角动量。光子轨道角动量由于其携带的信息量在理论上不受限制，近年来在量子通信和光通讯等领域得到广泛关注。然而，纳米尺度下对光子角动量进行信息编码及解码一直是世界性难题。研究团队利用特殊设计的纳米凹槽和纳米环结构，率先实现了纳米尺度下对光子角动量模式进行编码、传输和解码的新技术。

“通过在光子芯片上巧妙地设计纳米级结构，我们首次实现了在芯片上操控螺旋光束。”顾敏说，该芯片是通过在金属表面设计纳米凹槽将光子角动量转化为表面等离子体的角动量场分布，再利用纳米环结构对后者的角动量模式进行识别并有选择地透射。研究团队介绍，经过特殊设计的光学芯片可精确地将不同的光子角动量信号选择性地输送到不同的纳米环中并让其透射出去，这样信息就不会丢失。此外，这项发明还可以成数量级地提高光通信处理速度。