Cavity-assisted nonlocal metasurfaces for momentum-space broadband-operational optical vortice generation with maximum efficiency approaching 80%
共同第一作者
研究内容
问题
非局域超表面可利用动量空间奇点产生涡旋，但高 Q 共振的陡峭色散会限制工作带宽与转换效率。
机制
利用 Fabry-Pérot 腔调节连续谱束缚态（BIC）与简并点的耦合，同时调整色散、辐射 Q 与偏振，形成具有强散射的准平带。
结果
图 5 的实验中，NA = 0.24、1520 nm 时效率峰值为 77%；在另一组 NA = 0.21、1520 nm 条件下，l = −2 的轨道角动量纯度达到 91.7%。
- 期刊
- Opto-Electronic Advances
- 年份
- 2026
- DOI
预览版本期刊正式版 · OEA 9, 250296 (2026)。预览为正文首页，略去发布包的封面与导读。
把动量空间的奇点变成可用的涡旋转换器
研究的关键不只是产生相位绕转，还要让有限带宽和有限入射角范围内的光有效转换。下面用原论文的一张机制图和一张实验图，连接设计选择、观测结果与测试条件。
共同设计色散与辐射通道
图 2 的结构由硅光子晶体薄板、二氧化硅间隔层和金反射镜组成。间隔层形成可调的 Fabry-Pérot 腔；保持 C4 对称的周期扰动引入布里渊区折叠和导模共振。把 BIC 与简并点相关模态耦合后，设计同时改变色散、辐射线宽与偏振，在图 2(d) 中形成两个宽带高效率工作区间。图 2(e)、(f) 给出常规与优化设计的模拟能带对照。
把实验数字放回照明条件中
图 5(a) 比较从边缘附近到中心的不同照射位置；图 5(b) 测量不同波长与 NA 下的整体平均效率。正文报告 NA = 0.24 时，在 1520 nm 处达到 77% 峰值，且中心波长 ±25 nm 内效率超过 60%。图 5(c)、(d) 则给出 NA = 0.21 下的光束、相位及 LG 模态分解，1520 nm 处 l = −2 的纯度为 91.7%。这些观测分别检验位置依赖、工作范围和涡旋模态组成。
从机制图到实测证据
这组证据把拓扑奇点、可调模态耦合和有限入射条件下的器件表现联系起来。图 2 包含结构示意与数值能带；图 5 是实验测量。77% 效率与 91.7% 纯度各有明确的 NA 和波长条件，不是对所有光束或工作点的统一承诺。本站的软件追踪案例使用独立合成数据，不声称参与这篇论文的计算。
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