上理工科研成果入选OSA全球30项光学重大进展 从“龙卷风”到光子“飓风”

在上海理工大学光电信息与计算机工程学院的实验室，有两张实验常用的高精度隔振平台，它们一个服务于超快脉冲光领域，另一个服务于空间光场调控领域，在光子轨道角动量研究中，这是两个“各自为政”的研究方向。

然而，在庄松林院士的指导下，上理工詹其文教授带领的纳米光子学团队历时两年，创造性地将这两个领域“合二为一”，首次从理论到实验展示具有时空涡旋相位并携带光子横向轨道角动量的新型光场，开创了全新的光子轨道角动量自由度。相关研究成果发表在世界光学顶尖期刊《自然—光子学》上，并成功入选美国光学学会（OSA）评选的2020年度全球30项光学重大进展。据了解，国内仅有4家单位入选，且上理工为独立完成单位。

从0到1的突破

如果说，目前已发现的光学角动量运动轨迹是“龙卷风”，那么詹其文团队的最新发现则形成类似于快速移动的光子“飓风”，为利用光识别物质提供了全新手段，也为信息传递提供更广的通道，可以说是光学领域0到1的突破。

“一开始，我们很好奇是否可以让光从超快脉冲平台射向空间光场调控平台，但发现这不是简单的1+1，我们尝试对各实验要素系统集成，把两个不交融的领域合在一个实验台上。”詹其文说。

出于科研敏感，詹其文带领团队创造性地利用“空间频率—频率面到空间—时间面”的变换，成功生成携带横向光子轨道角动量的超短脉冲光学波包，这一新型光波包在光子能量快速向前传输的同时，光子能流围绕一个随波包移动的横向轴旋转，从而形成光子“飓风”。

“多想一步”的发现

“其实，我们所用的方法是光学人都懂的原理，所形成的装置也是一般实验室里都有的。我们在世界范围内第一个做出来，归根结底在于比别人‘多想了一步’，科研的魅力不就在于此吗？”詹其文笑着说。在他看来，做科研不能囿于教科书，一次偶然的发现可能会对整个领域产生质变，而这也是科研工作者全力以赴、追求卓越的动力。

据了解，这一发现在光通信、光信息处理、量子光学、粒子操控、相对论空间物理等领域具有重要的潜在研究和应用价值。“如果把我们比喻成密室的开门人，那么下一步就要争分夺秒去探寻密室里的宝藏。”庄松林表示，尽管詹其文团队的研究发现被世界认可，但实验越是容易被模仿重复，未来的竞争也会更加激烈，他们不能只做“筑巢”的人，还要在此基础上迅速开展系列工作。

据悉，研究团队最近获得国家自然科学基金委“新型光场调控物理与应用重大研究计划”的重点项目支持，将在这一领域进一步开展系统深入的研究，并期待与国内外同行开展广泛合作。