螺旋相位板

螺旋相位板是一种特殊的光学元件，其一个表面被加工成类似“螺旋斜坡”的形状，中心最厚，边缘最薄。当常见的高斯光束（光斑呈亮斑）通过它时，会因为板在不同位置的厚度不同，导致光线产生与方位角相关的相位延迟。其核心功能是将高斯光束转换为涡旋光束，这种光束的波前呈螺旋状，中心强度为零（一个暗核），并携带轨道角动量。

主要特点

• 产生光学涡旋：核心功能是生成携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束，其拓扑荷数（m，表示螺旋的阶数）由SPP的最大相位设计深度（通常为m×2π）决定。

• 相位调制：通过纯粹的物理结构（厚度变化）来实现相位调制，原理直观，不同于基于衍射的元件。

• 高转换效率：对于设计波长的激光，通常具有很高的能量转换效率（>90%），大部分入射光能被转换为所需的涡旋光束。

• 宽带宽性：与液晶空间光调制器等电控器件相比，SPP是纯被动光学元件，工作时不需电源，性能稳定，适用于高功率激光场景。

• 波长敏感性：SPP的相位延迟量与波长相关。一个针对特定波长（如1064nm）设计的SPP，在其他波长使用时会产生不完美的涡旋光束，这既是缺点（需要定制）也是优点（可用于滤波）。

• 加工难度：高拓扑荷数或极高精度的SPP的制造需要精密的纳米加工技术（如电子束光刻、离子束刻蚀），成本较高。

应用领域

• 光学微操纵 - "光学镊子"与"光学扳手"

• 超分辨率显微镜（STED）

• 光学通信

• 材料加工

• 量子信息

• 成像与传感

连续面形螺旋相位板相对于传统的台阶状元件极大提高了光的利用率，其典型应用为将入射平行光转换为带角动量的涡旋光，用于光摄、光子捕获。本研究小组可以进行各种拓扑电荷数的螺旋相位板的制备，如下图所示。