美国哈佛大学研究人员日前通过将等离子体纳米器件集成在激光器出射端面的方式，实现了对激光偏振态的控制。这一成果将减少激光设备的成本和体积，有可能会给照明、3D显示器等领域带来革新。

 

光束的偏振是指光场中电场分量振动的方向：如果电场振动的轨迹是一条直线，对应的光束被称为线偏振；如果电场划过的轨迹是圆形，对应的光束被称为圆偏振。目前的半导体激光器仅能产生方向固定的线偏振光束，不能发出沿任意方向偏振的线偏振光和圆偏振光。如果需要各式各样偏振态的激光束，只能将体积大且昂贵的偏振片或波片等光学器件放置于激光器出射光束所通过的路径才能产生。

 

哈佛大学研究人员控制激光偏振态的方法与以往不同。他们将等离子体纳米器件集成在激光器出射端面，使激光器产生的光束不能立即释放，而是先转化为在端面上传播的表面等离子体。通过对端面纳米结构的设计，研究人员可以控制表面等离子体的传播方向，以及各方向的强度和相位。这些表面等离子体最后被释放，成为多束自由光波，它们在空间中叠加组合，可以产生所需的偏振态光。

 

这项研究成果4月13日作为封面文章刊登在美国《应用物理快报》（Applied Physics Letters）杂志上。论文第一作者、哈佛大学工程和应用科学学院博士生虞南方4月14日在接受新华社记者采访时说，偏振态光束有诸多实际用途。例如，卫星通信和光纤通信中采用同频率的两束正交的电磁波能使信号的传输率翻倍；生物和化学科学家利用对左旋和右旋圆偏振光吸收率的差别来检测具有对映异构体特性的化学分子或生物大分子；不同偏振态的激光光束还被用于量子密码技术中。

 

虞南方说，这项研究工作直接的应用价值在于可能减少上述激光设备的成本和体积，扩大激光的应用范围。在更普遍的意义上，等离子体纳米器件可以被集成在任何光源表面，它们对光束偏振态的自由控制可能会给照明、3D显示器等领域带来革新。

 

据虞南方介绍，哈佛大学目前已经就这项技术提出专利申请。（来源：科学时报 任海军） （《应用物理快报》（Applied Physics Letters），DOI:10.1063/1.3093476 ，Nanfang Yu，Qi Jie Wang）