van der Waals 材料中自旋轨道耦合用于光学旋波束生成

光学旋波束因其在光操纵、相位对比显微镜、光通信和量子光子学等多种应用中的显著优势而受到广泛关注。为实现集成光子学中的旋波束发生器，研究者们开发了基于叉形 grating、超材料和集成微 comb 的超紧凑型旋波束发生器。然而，这些器件依赖于高成本且耗时的纳米制造工艺，且因制造误差导致信噪比低下。作为一种替代方案，自旋轨道耦合（spin-orbit coupling）已成为一种无需纳米结构即可通过转换自旋角动量（SAM）获取旋波束的方法。本文演示了如何利用van der Waals (vdW) 材料生成光学旋波束。vdW 材料的显著高双折射性质使得在亚波长厚度内即可高效生成光学旋波束。本研究采用8微米厚的六方晶体硼氮（hBN）晶体生成携带拓扑电荷为+2和-2的光学旋波束。我们还展示了在320纳米厚的MoS₂晶体中生成光学旋波束，并实现了0.09的转换效率。该研究为无制造且超紧凑型旋波束发生器的开发铺平了道路，这些发生器可用于集成光子学和大规模旋波束发生器阵列。