超表面产生的时变轨道角动量

一种“结构光”——与螺旋或扭曲的波前有关。螺旋模式的特征在于拓扑电荷。具有不同拓扑电荷的 OAM 波束相互正交，这使得它们能够携带信息并被复用。OAM 多路复用提供了更高的信道容量和频谱效率——在基于光纤和自由空间的通信中非常有用。OAM 光束还具有可用于光学捕获、晶格等的特性。

得益于全球持续的研究努力，OAM 潜力的释放取得了进展。 据 Advanced Photonics报道， 香港科技大学 (HKUST) 和香港城市大学 (CityU) 的研究人员最近使用时空编码数字超表面开发了时变 OAM 光束。他们使用现场可编程门阵列 (FPGA) 来控制微波状态下超表面原子的反射相位。

通过利用超表面的灵活可编程性，他们构建了不同模式的时变 OAM 光束，在每个时间层中具有随时间变化的相位分布。这不仅允许随时间变化的拓扑电荷，而且允许 OAM 光束的包络波前结构在相位上的非线性时间相关性方面的高阶扭曲，其作为额外的自由度允许更大的容量应用。

为了进行实验演示，该团队开发了一种双探针映射方法来动态映射时变 OAM 场，包括不同时刻的振幅和相位模式。此外，他们对测量的场模式进行了针对 OAM 模式分解的频谱分析，这证明了生成的时变 OAM 的高模式纯度和包络波前结构中设计的高阶扭曲。

他们的创新方法结合了超表面的时空数字编码和双探针场映射技术，形成了一个用于生成和观察时变 OAM 以及其他时空激发的多功能平台。

所提出的时变 OAM 光束在动态粒子捕获、时分复用、信息加密等方面具有应用潜力。

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