如何實現(xiàn)光束的靈活調(diào)控成為科研人員探索的重要方向。近日，一項關(guān)于可調(diào)諧矢量渦旋光束垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的研究成果引發(fā)關(guān)注，科研團隊通過將液晶（LC）材料與VCSEL巧妙集成，成功讓激光器擁有了調(diào)控光束偏振狀態(tài)和拓撲電荷的“超能力”，為激光應用開拓了全新可能。

    液晶作為一種獨特的有機材料，其分子結(jié)構(gòu)具備極高的靈活性，能夠通過電、光、熱等物理量輕松實現(xiàn)調(diào)整。將它與VCSEL相結(jié)合，就如同給激光器裝上了一個智能“調(diào)節(jié)器”，可以對相位、波長、偏振等關(guān)鍵光學參數(shù)進行精準調(diào)制。研究人員利用多個LC結(jié)構(gòu)協(xié)同運作，最終實現(xiàn)了在芯片級層面上，讓拓撲電荷可調(diào)諧的矢量渦旋光束激光器從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。

    這款創(chuàng)新的激光器由760nm的VCSEL和LC光調(diào)制器構(gòu)成。其中，調(diào)制器包含LC層和渦旋光束球晶層，中間還有6μm的SU8光刻膠，它不僅能起到支撐作用，還能為VCSEL提供貼心“保護”。VCSEL本身直徑60μm，高3.5μm，別看它“身材小巧”，性能卻十分強大。

    在光導與偏振特性方面，這款激光器表現(xiàn)亮眼。當紫外光照射時，LC分子結(jié)構(gòu)就像被按下“變形鍵”，會發(fā)生奇妙變化，使得渦旋光束的軌道角動量（OAM）能在-1和+1之間自由切換，一旦停止照射，又能迅速“恢復原樣”。沒有紫外光時，它輸出圓偏振光；在60mW/cm²紫外光照射下，立刻“變身”產(chǎn)生線偏振光，而且46s后LC旋轉(zhuǎn)方向還會逆轉(zhuǎn)，圓偏振光的旋向也隨之反轉(zhuǎn)。和傳統(tǒng)四分之一波片相比，LC的加入讓VCSEL的閾值電流降低了0.25mA，發(fā)散角也從10.2°減小到8.1°，有效提升了激光器的性能。

    其輸出的矢量渦旋光束同樣極具特色，強度分布呈現(xiàn)出規(guī)則的環(huán)狀，中心還存在奇異點，偏振純度高達85.2%，屬于方位偏振。有趣的是，紫外光照射會改變LC螺距，使得它的顏色如同彩虹般依次變化，20s后油性條紋消失，螺距方向反轉(zhuǎn)，48s后又恢復初始狀態(tài)，但旋向卻與之前相反，就像在進行一場光學“魔術(shù)表演”。

    在拓撲電荷表征上，研究人員借助干涉儀，利用渦旋光束自干涉效應，清晰觀察到初始拓撲電荷為-1的叉形干涉條紋。當紫外光照射46s后，拓撲電荷變?yōu)?1，條紋開口方向也跟著反轉(zhuǎn)，中心相位純度更是達到了90%，精準展現(xiàn)出了光束拓撲電荷的調(diào)控效果。

    這項研究提出的LC集成VCSEL直接輸出矢量渦旋光束的方法，與標準化VCSEL流程完美兼容。膽甾LC的特殊性質(zhì)，讓激光器能夠獲得不同拓撲電荷的渦旋光束以及可控的中間態(tài)，為大信息密度信號輸出和光學操作提供了超緊湊的光源?？蒲腥藛T表示，若能進一步提高LC分子的旋轉(zhuǎn)速率，未來有望實現(xiàn)商用高信息密度單管激光器，讓這項技術(shù)在光通信、光學傳感等眾多領(lǐng)域大放異彩，為相關(guān)行業(yè)帶來全新的變革與發(fā)展機遇。