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重大突破！科学家成功在极紫外波段生成时空涡旋光场，开辟光学研究新领域
作者：欧光科技 发表时间：2025-06-27 13:56:42
近日，一项来自国际科研团队的新成果，为光学研究打开了一扇全新的大门。
什么是时空涡旋光？
想象一下水流形成的漩涡，时空涡旋光就像是光的“漩涡”，但它的结构更加神奇——同时在空间和时间维度上呈现出螺旋状的“涡旋”形态。与传统涡旋光携带“顺着光传播方向”的轨道角动量不同，时空涡旋光携带的是“垂直于传播方向”的轨道角动量，这种独特属性让它在量子光学、光通信、超分辨成像等前沿领域有巨大潜力。
但长期以来，科学家只能在可见光和红外光波段生成这种特殊光场，更短波长的极紫外波段一直是空白，这也限制了它在更微观、更快速领域的应用。
如何实现极紫外时空涡旋光的突破？
由西班牙萨拉曼卡大学和美国科罗拉多大学等组成的团队，找到了一个巧妙的方法：利用高次谐波产生技术（HHG）。
简单来说，他们用波长约800nm的近红外激光作为“驱动光”，通过一套精密的光学装置进行“改造”：先用光栅把光束“散开”，再通过特殊的“螺旋相位板”让光带上“涡旋”属性，最后调整成能量在300~500微焦、脉宽50~60飞秒的高强度脉冲光。
这束“改造”后的红外光被聚焦到氙气中，强激光与气体原子相互作用，就像“魔法”一样，辐射出了极紫外波段的光——而且，这些极紫外光继承了驱动光的“涡旋”特性，成为了极紫外时空涡旋光！
这项成果有什么神奇之处？
1.拓扑荷数的“传承”
科学家发现一个重要规律：极紫外光的“涡旋强度”（拓扑荷数）和驱动光的“涡旋强度”成正比。比如驱动光的拓扑荷数是1，那么第13次谐波的极紫外光拓扑荷数就是13，第17次就是17，非常“规矩”。
2.光场形态的“变身术”
时空涡旋光的传播过程很有趣：当它被聚焦时，会从一种“空间频谱涡旋光”变成“时空涡旋光”；而辐射出的极紫外光在远处又会变回“频谱涡旋”形态，再次聚焦又能变回去。这种“变身”能力让科学家能更灵活地操控光场。
3.精准调控光场特性
通过调整驱动光的一些参数，科学家还能“定制”极紫外光的强度和相位分布。比如改变驱动光的“非均匀性”，极紫外光的“漩涡”形状就会从对称变成椭圆，相位结构也会相应变化，这为未来设计各种特殊功能的光场提供了可能。
未来有什么用？
这项突破意义重大：
极紫外成像：未来可能用于更高分辨率的显微镜，看清更微小的结构，或者在半导体光刻中制造更精细的芯片；
超快科学：极紫外光的超短脉冲能捕捉电子等微观粒子的超快运动，帮助我们理解物质变化的瞬间；
量子技术：高拓扑荷数的极紫外光可能成为量子通信的“超级载体”，传输更多信息。
据悉，相关成果已发表在《NaturePhotonics》杂志上。而在今年8月西安召开的国际信息光学与光子学学术会议上，“光场调控”也将成为重点议题，全球科学家将围绕这类前沿技术展开深入探讨。
从可见光到极紫外，人类对光的操控能力又迈出了关键一步。随着研究深入，这些“时空漩涡”光场或许会在更多领域掀起技术革新的“浪潮”。
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