近日，我院段辉高教授团队联合深圳大学袁小聪教授团队基于极简的超构表面结构充分协同自旋和轨道角动量作为信息复用载体，实现了角动量全息，为亚波长尺度内操控角动量开辟了一条新的路径。成果以“Angular Momentum Holography via a Minimalist Metasurface for Optical Nested Encryption”为题发表在光学顶级期刊《Light: Science & Applications》上。
超构表面全息可有效操控光的多个物理维度，在高容量信息技术中展现出巨大的潜力。近年来，科研人员利用轨道角动量和自旋角动量这两个本征维度分别作为独立的信息载体实现了多通道复用全息技术。然而，亚波长尺度内任意协同调制这两个本征维度迄今还没有实现。研究团队利用超构表面结构，设计了角动量全息，克服了以往多功能复用器件效率和串扰的限制。角动量全息的实现基于对自旋角动量和轨道角动量的协同调控，对两者的协同调控可以实现自旋-轨道锁定的全息，该全息只有在特定的涡旋圆偏振光入射下才能重构目标全息图像。对自旋角动量的调控可以实现自旋叠加的全息，即全偏振态矢量全息。
极简超构表面实现角动量全息的示意图
基于上述原理，研究团队在理论和实验上展示了具有16个独立通道的角动量全息。作为原理的验证，该研究展示了分别具有8个独立通道的自旋轨道锁定全息和自旋叠加全息，两种全息在理论上都具有无限的复用通道数。
自旋-轨道锁定的全息和自旋叠加全息功能展示
利用实现的双功能角动量全息，研究团队还展示了一种新颖的光学嵌套加密方案，该方案可以实现超高容量和安全性的多用户信息传输。光学嵌套加密可以打破现有大多数光学加密平台的局限（信息容量有限或者安全性低），同时迎合日益增长的并行高安全性信息传输的需求。
基于角动量全息的光学嵌套加密示意图
该工作受到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、研究院微纳制造与检测平台的支持。
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延伸阅读
（一）微纳制造与检测平台简介
湖大粤港澳大湾区创新研究院（广州增城）致力于打造“大材料、大制造、大健康”三大公共服务平台体系。其中，“大制造”平台优先推动“微纳制造与检测”板块的建设，旨在面向大湾区在半导体、微纳光学、光电子学、MEMS传感器、微纳生物医疗器械、仿生材料等产业领域的布局，通过2-3年的持续建设，打造一条全国产化6英寸微纳制造与检测的中试线，服务上述产业相关的前沿科技研发及产学研合作研究。
微纳制造与检测平台黄光区
平台目前已购置大幅面激光直写、接触式光刻机、深硅刻蚀、介质刻蚀、高精度3D打印、纳米压印、原子层沉积、离子束溅射镀膜、热蒸发、激光切割、精密电镀等微纳加工设备及扫描电镜、激光共聚焦表面形貌仪、傅里叶红外光谱仪、椭圆偏振仪、探针台等微纳测量设备，其中部分设备已正式投入使用并对外服务，支撑了微纳光学、MEMS传感器、微纳生物医疗器械等团队的科研，并已为河南中光学集团有限公司、深圳市吉祥云科技有限公司、深圳载愈生物科技有限公司的产品开发提供了技术委托服务。
该平台具备晶圆级器件的加工与服务能力，可承载前沿交叉学科创新研究和个性定制服务技术开发，为初创企业提供工艺开发及概念验证服务，让初创企业轻资产运营，欢迎相关企业及创业人员来研究院考察和洽谈合作。
平台地址：广州市增城区金融大道10号创悦孵化园D栋8楼
联系方式：普老师，gba@hnu.edu.cn。
（二）微纳制造与微系统技术团队介绍
微纳制造与微系统技术团队由我院段辉高教授领衔，目前在院师生30余人，包括国家级青年人才2名，省部级人才6名。围绕微纳制造装备与工艺、微纳光学设计与制造、MEMS传感器及应用等方向，正在承担国家重点研发计划、国家自然基金、成果转化及产学研合作等各类项目20余项。
团队以电子束、离子束及光子束为主要工具，工艺能力贯穿“光刻、镀膜、刻蚀、封装”等整个半导体制造流程，并在“微光学、微传感、微能源”等高性能器件及装备应用方面积累了丰富的研究经验，先后在Nature、Nature Nanotechnology、Nature Electronics、Nature Energy、National Science Review、Light：Science & Applications、Engineering等期刊共发表SCI论文200余篇，获授权专利30余项。团队与美国麻省理工学院、德国斯图加特大学、英国南安普顿大学、新加坡国立大学、新加坡科技设计大学、韩国科学技术院（KAIST）等研究机构有长期的合作关系，建设有省级“微纳光学先进设计制造国际联合研究中心”。
团队长期招聘光学、光学工程、精密机械、精密仪器、半导体工艺、计算机、控制、材料、化学等方向的研究员、博士后和科研助理，欢迎感兴趣的研发人员加盟！
联系方式：段老师，duanhg@hnu.edu.cn。
来源 | 微纳制造与微系统技术团队
编辑 | 林 何
责编 | 普庆龄
