近日，上海理工大学未来光学实验室、詹其文教授领导的纳米光子学团队在时空光场调控领域获得了新突破。通过改变已有的时空光场调控装置，该团队搭建了新型矢量时空光场生成器，实现了对光场在时空域内矢量分布的调控。这一技术扩展了时空光场调控的维度，未来可应用于光与物质的相干控制、光量子操控等领域。
相关研究结果以“Vectorial sculpturing of spatiotemporal wavepackets”为题发表于APL Photonics。
时空光场调控是光子学领域的研究热点，具有特殊强度、相位分布的时空光场可具有独特的光子学特性，例如携带横向的光子轨道角动量，在传输过程中不受色散、衍射效应影响等。主流的时空光场调控手段集中于利用空间光调制器（SLM）或定制相位器件改变光场在时空域内的相位分布，缺乏对于光场在时空域内的矢量分布进行操控的手段。
该团队通过对改变已有的时空光场调控装置，实现了时空光场在时空域内矢量分布的调控。如图1所示，通过在已有的时空光场生成装置中SLM前加入了一片四分之一波片（QWP），原装置对时空光场的相位调控能力“升级”为对光场矢量分布的调控。
图1 矢量时空光场调控与探测装置
利用新装置，该团队生成了在时空域内偏振态快速切换的“棋盘”矢量时空光场（图2）和时空域内偏振态呈“USST”字母式样分布的“字母”光场（图3）。
如同国际象棋的棋盘，图2所示的偏振切换“棋盘”矢量时空光场，其时空域内的偏振状态会快速切换于水平偏振（X-polarization）和竖直偏振（Y-polarization）。当这一光场经过一个对齐于45°的QWP，其偏振快速切换的矢量状态将变为光子自旋态的快速切换。
图2 偏振切换时空“棋盘”光场
新型矢量时空光场调控技术为时空光场调控领域扩展了新的维度，所产生的新型时空光场可以在时空域获得复杂的矢量分布，为未来的光-物质相干控制、光量子操控等研究领域提供了重要的研究工具。
论文链接：
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0107411
