基于扭曲双层光子晶体的可调拓扑电荷光学涡旋
光学
2025-10-30 v1
摘要
光的轨道角动量（OAM）是一种具有变革性影响的灵活自由度，跨越光通信、成像和微操作等领域。这些应用推动了对紧凑、可重构且具可调拓扑电荷涡旋阵列的日益增长需求，但将这些功能集成到纳米光子平台上仍然困难。实现这一挑战的可能策略之一是利用层状结构的扭转自由度，这既 enables 新的 moire 物理，又实现了光子和电子性质的 unprecedented 可重构性。本文在扭曲双层 moire 光子晶体（TBMPCs）中利用这些能力，实现了可调OAM的涡旋阵列生成，实验结果表明该方法在分析和实验验证中均得到证实。本次突破的核心是一种新的类准束态：来自 moire 诱导的层间耦合产生的 Bessel 型模式，生成具有定制螺旋相分布的涡旋光束。我们在实验中表明，可实现从-3到4的八个OAM阶梯的涡旋光束，并通过调节层间分离和扭转角度，在固定的通信波长下选择激发不同的拓扑电荷。此外，可在AA堆叠区域激发局部 Bessel 型模式，跨越 moire 超晶体管控涡旋阵列的激发。我们的工作为 moire 物理提供了新见解，并为未来集成OAM、波长和空间分割的复用技术提供了一种创新方法。
引用
@article{arxiv.2510.25214,
title = {Moire-enabled optical vortex with tunable topological charge in twisted bilayer photonic crystals},
author = {Tiancheng Zhang and Li Lei and Changhao Ding and Fanhao Meng and Qicheng Jiang and Lijie Li and Scott Dhuey and Jingze Yuan and Zhengyan Cai and Yi Li and Jingang Li and Costas P. Grigoropoulos and Haoning Tang and Jie Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.25214},
year = {2025}
}