近日，由我校讲席教授、欧洲科学院院士袁小聪领导的深圳大学纳米光子学研究中心，在皮米光子学领域取得了重要原创成果。研究团队提出了一种基于轨道角动量（OAM）的新型奇点光学尺，成功实现了皮米级位移高精度测量，并在《Nature Communications》上发表了题为《Infinitesimal optical singularity ruler for three-dimensional picometric metrology》文章。该中心博士研究生马海祥为第一作者，张聿全副教授、闵长俊教授、袁小聪教授为共同通讯作者，深圳大学为该文章的第一单位和第一通讯单位。
在光学领域，突破物理极限始终是一个研究热点。当人们轰轰烈烈推动纳米光子学研究20多年之后，一个更高的目标正吸引着全球科学家敏锐的目光：皮米光子学（Picophotonics）。近几十年以来，在光场调控基础研究领域，空间光场调控与时间光场调控是两架并驾齐驱的马车，分别在纳米尺度和飞秒尺度取得了重大突破与进展，是人类研究光与物质作用在分子尺度表征物性的里程碑。2023年获得诺贝尔物理学奖的阿秒激光又在时间光场调控维度上先行一步，把瞬态光场调控技术推向了新的里程碑高度。可以预测，皮米光子学有可能成为空间光场调控的新高度，提升光学在原子和电子尺度表征物性的能力。
光学奇点，作为一种具有独特性质的结构光场，近年来在精密测量、量子技术等领域引起了广泛关注。传统的位移测量技术受制于光学衍射极限，导致在皮米级精度测量中存在重大技术瓶颈。为了解决这一问题，我校团队借鉴了物理学测量重心的悬挂法原理，并结合光学轨道角动量的微观物理图景，提出了一种基于光学轨道角动量的质心法，成功实现了对光学奇点在横向4.5 pm、纵向24.2 pm的三维皮米级精度定位。该技术通过精确观察和分析光场中的微小角动量变化，获取光学奇点的位置，突破了传统技术在横向和纵向定位精度上的限制，为未来高精度三维测量技术的发展奠定了坚实基础。
更为重要的是，该研究不仅局限于实验室中的精密位移测量，还揭示了光学奇点尺在引力波探测、天体观测、微观粒子振动检测等领域的广泛应用潜力。团队通过深入分析光学奇点，提出的测量框架具有高度的适应性，能够广泛应用于基于干涉测量的高精度科学实验中，尤其是在超高精度传感、半导体光刻、引力波测量等前沿领域。
该研究成果链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55210-0
该研究得到广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金、深圳市科技计划深圳市孔雀计划、中国博士后科学基金、浙江省自然科学基金、深圳大学2035计划、研究团队培养计划、浙江省重点研发计划以及浙江大学极端光子学与仪器科学国家重点实验室开放研究基金的支持。
撰稿：李光 审核：关欣蕊
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