英国发明有机涡旋激光发射器助力制造三维立体显示器学术资讯

▲一组有机涡旋激光阵列的图示，其中每个螺旋都不尽相同，因此它们每个的拓扑电荷也是不同的。

据《美国化学学会·纳米》杂志日前发表的一篇论文称，英国科学家研制出一种新型的有机涡旋激光器——一种可以发射螺旋光束的激光装置。科学家预计，未来如果把若干螺旋光束形状相似、却不尽相同的涡旋激光器组合成微型阵列，那么它将可以应用于诸如3D电视显示器、显微镜和可视光通信载体等产品。该研究团队是由圣安德鲁斯大学的D.W. 塞缪尔（D. W. Samuel）和约克大学的托马斯·F·克劳斯（Thomas F. Krauss）所共同领导的。

克劳斯向Phys.org网站透露：“虽然激光阵列之前就已经被实践过，但是那时却未能控制波束的形状，而我们这次所采取的新方法让我们可以通过可控的拓扑电荷来形成特定的涡旋光束，比如艾里光束或是贝塞尔光束。另外，用以制造这种定制光束的超颖表面以前也被实践过，但是那时它是整个过程中被动的元素，而不是主动发挥作用的激光。

以前，涡旋激光束在激光器中生成后，会由独立的光学元件进行塑形，从而形成巨大的光束。而我们这次展示的新型涡旋激光是通过一个纳米结构的增益介质来直接产生涡旋光束，这意味着它可以被缩小形成微型光束，然后再被排列成一个阵列。这个微型版的涡旋激光束有望在实际中得到更广泛的应用。

为了产生螺旋光束，研究人员设计了一个由阿基米德螺线组成的光栅，当光线穿过光栅时，光束会变为螺旋形式，而通过控制螺旋光栅的尺寸，就可以调控光束的性能。与之前的手段相比，该生成涡旋激光的新方法具有一个显著的优势，即仅通过一个光学元件（光栅）和仅一个步骤就能制造出螺旋光束。在此优势基础之上，研究人员预计相关研究结果将为涡旋激光在各领域中的应用铺平道路。

“我主要感兴趣的应用领域是有机半导体，它可以简单地定模制造这种产生涡旋激光的设备，”塞缪尔说，他的团队为该研究项目提供了有机半导体增益材料，并进行了相关测量。“我们的长远目标是让该激光变为完全电动，而不再通过光学装置。一个相对近期的目标是将这种激光应用于爆炸性蒸汽的探测。

克劳斯的小组是该研究中纳米结构材料的设计者，他尤为感兴趣的应用领域是对显示器和显微镜。他说：“一方面，在显示器中，你可以使用不同的涡旋指令来处理多重信息，比如用来同时投射多个图像。另一方面，涡旋光束对显微技术也有应用价值，我们可以想象由这类光束阵列组成大型平行光路显微镜。”

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编译：朱明逸审稿：西莫编辑：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-02-vortex-lasers-future-d.html