Science | “打结”的光

引言：

光不仅是照亮世界的工具，更是未来通信、计算甚至医疗检测的核心载体。然而，控制光的“旋转方向”（即圆偏振）一直是科学家面临的难题—就像在高速公路上精准控制每辆车的行驶方向一样复杂。最近，一项发表在《科学进展》的研究带来了突破：通过一种名为“强耦合”的机制，科学家成功设计出能像“精准导航仪”一样操控光旋转的新型激光技术，为下一代光芯片和量子通信铺平道路。

新突破：

研究团队从自然界中“团队合作”的灵感出发，提出了一种全新策略——强耦合机制。他们设计了一种由硅基纳米柱阵列构成的超表面，通过微调结构角度，让两种不同偏振模式的光（TE和TM模式）“手牵手”协同工作：

原理揭秘：当两束光的辐射场相位完美匹配时，它们的能量会融合成一种新状态，实现近乎完美的圆偏振。

性能飞跃：实验显示，这种“合作”使光的旋转纯度提升至94%（传统方法不足70%），同时光存储时间（Q因子）提高数十倍。

技术亮点：

与传统技术相比，新方法的最大优势是动量空间可编程性。这意味着：

摆脱“固定路口”：光的旋转控制不再局限于特定方向，可在任意角度实现高纯度输出。

实验验证：从理论到现实的跨越

研究团队通过精密加工技术制备了超表面样品，并验证了其性能：

激光输出：在低能耗（135 μJ/cm²）下，成功激发波长为582.7 nm的左旋圆偏振激光，纯度高达94%。

灵活调控：仅需调整纳米柱旋转角度，即可“编程”光的发射方向，误差小于0.5°。

结语：

这项研究成功构建的三维轴子绝缘体，为三维空间中光传输的调控提供了全新的理论和实践平台。它不仅实现了手性棱态在三维空间的单向传输，还能精确控制光的传输路径，展现出极强的鲁棒性。这一重大突破为未来新型电磁器件的研发和应用打开了无限可能。

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