将圆偏振光通过某些范德华材料，使光束发生螺旋运动。

光学涡旋是一种具有螺旋波前相位结构的光场，其携带轨道角动量，可显著提升光通信的信息容量与安全性。传统产生方法依赖体块晶体或复杂纳米加工，存在成本高、体积大、集成难等瓶颈。范德华（vdW）材料具有层状结构及强双折射特性，为低成本、小型化光学涡旋生成提供了新可能。

韩国汉阳大学（Hanyang University）和澳大利亚墨尔本大学（University of Melbourne）等机构的联合研究团队开发了一种基于范德华材料（六方氮化硼hBN和二硫化钼MoS?）的光学涡旋生成新方法。该方法利用材料天然双折射特性，将圆偏振光直接转换为携带轨道角动量的光学涡旋光束，无需纳米加工。实验表明，即使材料厚度低至320纳米（MoS?），仍能高效生成清晰涡旋光束，能量转换效率近50%。该技术为紧凑型、低成本光学通信器件（如卫星高速数据传输系统）的开发奠定了基础，研究成果发表于《光：科学与应用》。

核心实验方法：涡旋光生成与表征

材料制备：选取典型范德华材料hBN（8 μm厚度）与MoS?（320 nm厚度），利用机械剥离法获得高质量薄层样本。

光学调控：将圆偏振激光束垂直入射至范德华材料表面，利用材料天然双折射效应调制光波前相位。

涡旋生成：通过材料内部折射率各向异性，实现圆偏振光的自旋翻转与相位螺旋化，输出光束呈现环形光强分布（甜甜圈形）。

性能表征：采用干涉仪与波前传感器定量分析输出光束的拓扑荷数及涡旋纯度，结合计算机模拟优化入射光束形状以提升效率。

利用hBN晶体演示光学涡旋的生成。

技术突破：天然双折射效应驱动涡旋转换

无需纳米加工：首次利用范德华材料本征双折射特性直接生成光学涡旋，摆脱了对复杂外延生长或微纳结构加工的依赖。

超薄尺度高效运作：在亚微米尺度（MoS?仅320 nm）实现涡旋光生成，证实该方法在极小物理维度下的可行性。

高效率转换机制：实验获得近50%的能量转换效率，理论模拟表明通过优化入射波前可进一步提升效率。

技术兼容性强：支持hBN、MoS?等常见范德华材料，具备与现有硅基光子器件及光纤通信系统集成的潜力。

利用范德华晶体生成光学涡旋的示意图以及使用六方氮化硼晶体进行的模拟。

性能表征

材料厚度：hBN（8 μm）、MoS?（320 nm），显著低于传统涡旋生成元件。

转换效率：实验测量涡旋光生成效率达~50%（无需后调制）。

光束质量：输出光束呈现清晰环形光强分布，拓扑荷数稳定可调。

理论支持：计算机模拟证实通过预调制入射光束形状，效率可进一步提升。

自旋轨道转换效率的预测与测量。

结论与展望

本研究利用范德华材料的天然双折射特性，实现了超薄尺度下高效、低成本的光学涡旋生成，为高容量光通信提供了新方案。未来应用前景：

集成光子学：突破传统涡旋发生器体积大、成本高、信噪比低的瓶颈，实现超紧凑、低成本的光涡旋发生器。

大规模阵列：简单超薄结构利于构建大规模涡旋光束阵列，应用于高速光通信、高维量子信息处理、超分辨成像等领域。

这一成果标志着光涡旋产生技术的重大进步，为集成光子学和量子技术的发展提供了全新路径，有望推动下一代卫星通信与数据中心网络的超高速数据传输发展。

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