北京大学在微腔光学频率梳领域取得重要进展

此外，研究团队还测量了涡旋孤子光梳的时空结构，发现其光场强度在远场呈现螺旋结构，与理论预测相符，如图3所示。

图3. 涡旋孤子微梳的时空结构表征。a.不同时间延迟下的横截面的电场强度和实部分布的测量和模拟结果。b.光束强度的时空演化重构的测量和模拟结果

该研究还展示了涡旋光谱学的概念，即利用涡旋微梳一次性识别频域中拓扑荷分布的可能性。实验中，涡旋微梳被用于测量光学路径中的拓扑荷分布，并通过全息图案编码模拟自由空间通信通道中的湍流空气涡旋。如图4所示，实验结果与模拟数据高度一致，展现了这一技术在新型光谱分析和高维度光学编码方面的巨大潜力。

图4. 涡旋光谱学。a.实验设置示意图。b.梳齿阶数和具有单一阶数的拓扑荷图案的归一化传输矩阵。将每根梳齿对所有图案中的最大接收功率设置作为归一因子。c.三种预设图案的拓扑荷权重的测量值和设定值的比较

北京大学物理学院2020级博士研究生刘炎武和2018级博士生劳成昊（现北京大学博士后）为论文共同第一作者；杨起帆、刘文静和肖云峰为该论文的共同通讯作者。合作者还包括北京大学物理学院的王剑威教授与龚旗煌院士、中国科学院物理研究所的李贝贝教授、北京理工大学的高春清教授与付时尧教授、中国科学院物理研究所博士生王敏、北京大学物理学院的博士研究生程寅恪和王元蕾。

上述研究工作得到了国家重点研发计划、北京市自然科学基金、国家自然科学基金以及人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心的大力支持。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01418-x