近日，西安光機所瞬態(tài)光學與光子技術(shù)國家重點實驗室姚保利研究員團隊在納米可控手性光場產(chǎn)生方面取得重要進展，相關(guān)研究成果以“Generation of controllable chiral optical fields by vector beams”為題，在線發(fā)表在國際著名期刊《Nanoscale》（IF6.90）上，標志著我所在光場調(diào)控基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的工作和成果得到了國際同行的關(guān)注和認可。
手性，指的是一種物體在二維平面內(nèi)無法通過任何平移和旋轉(zhuǎn)而與其鏡像重合的不對稱性，廣泛存在于自然界和生命體中。手性分子通常以左手（左旋）和右手（右旋）形式成對出現(xiàn)，稱之為手性異構(gòu)體或?qū)τ丑w。盡管這兩種構(gòu)型對映體具有除旋向以外的所有性質(zhì)，但卻具有完全不同的生物活性、代謝過程以及毒理學特征等。因此，手性物體的識別和分離研究一直是生物化學研究和工業(yè)應用領(lǐng)域的熱點課題。然而，通常用于表征物體的大多物理性質(zhì)都與它的旋向性無關(guān)，只有當手性物體與其它手性物體相互作用時，才會發(fā)生旋向相關(guān)反應。
此外，手性不僅描述了三維物體的幾何特性，還描述了光場的固有屬性，即光場也可以是手性的，比如圓偏振光，具有左右旋形式的典型手性光場。一種常用的手性識別方法是圓二色性光譜法，根據(jù)對映體對手性探測光場不同手性的不同響應來探測分子手性。手性光場已被用來表征手性物體，并在對映體選擇性分離、手性傳感、非線性光譜成像等方面發(fā)揮著重要作用。近年來，諸如手性增強的超手性光場、具有局部手性的空間結(jié)構(gòu)手性光學圖案、以及適用于特定需求的合成手性光場等手性光場的產(chǎn)生引起了國內(nèi)外研究者的極大興趣。然而，大多數(shù)研究仍需采用圓偏振光作為照明，并且所產(chǎn)生的手性光場只攜帶一種或局部兩種手性。
研究團隊理論研究了一類由徑向和角向偏振構(gòu)成的剪裁矢量光束，提出利用兩個高數(shù)值孔徑物鏡組成的4pi顯微聚焦系統(tǒng)，實現(xiàn)同時攜帶兩種手性的手性光場的產(chǎn)生。通過矢量衍射積分計算該矢量光束經(jīng)4pi聚焦后的焦場分布并分析其光學手性特征，發(fā)現(xiàn)由于偏振特性，該聚焦矢量光束可以產(chǎn)生手性光場；并且如若只考慮聚焦場的軸向分量，可以產(chǎn)生光斑體積為l3/52（光斑直徑約l/6）的超分辨率手性光場。進一步，為了使產(chǎn)生的光場同時攜帶兩種手性，研究團隊利用由矢量衍射理論推導的解析方法代替常用的耗時且缺乏物理意義的迭代方法，設(shè)計了一種多相掩模板來對入射矢量光束進行相位調(diào)控，產(chǎn)生了同時攜帶兩種手性分布的1D、2D甚至3D的多光斑手性光場，光斑的位置、數(shù)量以及旋向均可通過多相掩模板進行任意調(diào)控。該研究結(jié)果將促進手性光場的應用，為納米尺度上的對映體選擇性分離、手性傳感以及手性微粒操縱提供了可能。（瞬態(tài)室 供稿）
空間3D手性光場的產(chǎn)生。(a, b)加載在兩個入射矢量光束上的相位分布，(c, d)橫平面和軸平面的手性光場密度分布。
論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0NR02693J
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