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研究人員展示了一種基于新型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)集成微激光器，這種激光器能以手性模式發(fā)光，從而產(chǎn)生光螺旋。如果一個(gè)物體能從它的鏡像中分辨出來，那么這個(gè)物體就有手性，由于螺旋形，開塞鉆是特別好的例子。從旋轉(zhuǎn)星系到DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種手性在自然界中無處不在。當(dāng)光的相位沿傳播軸彎曲時(shí)，可以定義光的手性。上世紀(jì)90年代，人們認(rèn)識(shí)到利用光場的這種手性特征，即軌道角動(dòng)量(OAM)，在技術(shù)上是有優(yōu)勢(shì)的。

實(shí)際上，OAM代表了一個(gè)無界的自由度，因?yàn)橄辔磺把乩碚撋峡梢栽谝粋€(gè)光學(xué)周期內(nèi)繞任意大的次數(shù)。因此，與常用的光偏振態(tài)相比，它為編碼信息提供了一個(gè)大大擴(kuò)展的基礎(chǔ)，而光的偏振態(tài)僅限于二維基礎(chǔ)。在這樣一個(gè)高維的基礎(chǔ)上復(fù)用信息，將有可能大大提高經(jīng)典和量子信息協(xié)議的效率。此外，將如此大的角動(dòng)量值傳遞給大量粒子，對(duì)于原子尺度上的光學(xué)操作方案(即原子鑷子)是一項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)。由Jacqueline Bloch領(lǐng)導(dǎo)的納米科學(xué)和納米技術(shù)中心(C2N, CNRS-Univ。

用掃描電鏡觀察了六根耦合微柱(C2N)形成的六角形激光腔;右上角：圖像示意圖顯示形成每個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層，每個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)由兩個(gè)反射鏡和一個(gè)活動(dòng)區(qū)域組成，該活動(dòng)區(qū)域由一個(gè)quamtum井組成下：手性態(tài)光從六角形空腔發(fā)出的藝術(shù)表現(xiàn)，從而產(chǎn)生螺旋狀光。圖片：C2N / N. Carlon Zambon巴黎大學(xué)巴黎分校(Paris-Sud/Paris-Saclay)與來自里爾PhLAM實(shí)驗(yàn)室和克萊蒙特-費(fèi)朗德帕斯卡研究所(Institut Pascal in Clermont-Ferrand)的合作者報(bào)告了一種新型集成激光結(jié)構(gòu)的演示：這種結(jié)構(gòu)能以手性態(tài)發(fā)光，從而產(chǎn)生光螺旋，這種微激光器的擊穿優(yōu)勢(shì)在于可以通過簡單光學(xué)手段控制開塞鉆的方向(從順時(shí)針到逆時(shí)針)，其研究成果發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。為了產(chǎn)生這些手性態(tài)的光，研究人員使用了一種基于兩種主要成分的方法。首先制作了一個(gè)由六個(gè)耦合微柱組成的六角形激光腔。

由于器件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，諧振模式呈現(xiàn)出具有明確值的OAM。其次，為了支持順時(shí)針或逆時(shí)針光模式的發(fā)射，需要打破系統(tǒng)中的時(shí)間反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，利用偏振和光OAM之間的工程耦合。這種耦合允許通過使用圓偏振光泵產(chǎn)生凈手性的激光發(fā)射。因此，這種新型的微激光器根據(jù)光泵的圓偏振特性，發(fā)出順時(shí)針或逆時(shí)針方向的相干光。本研究提出并實(shí)現(xiàn)了一種非常通用的方案，為實(shí)現(xiàn)新一代的微激光發(fā)射手性光奠定了基礎(chǔ)。