近日，由深圳大學(xué)講席教授、歐洲科學(xué)院院士袁小聰領(lǐng)導(dǎo)的深圳大學(xué)納米光子學(xué)研究中心，在皮米光子學(xué)領(lǐng)域取得了重要原創(chuàng)成果。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于軌道角動(dòng)量（OAM）的新型奇點(diǎn)光學(xué)尺，成功實(shí)現(xiàn)了皮米級(jí)位移高精度測(cè)量，并在Nature Communications上發(fā)表了題為《Infinitesimal optical singularity ruler for three-dimensional picometric metrology》文章。該中心博士研究生馬海祥為第一作者，副教授張聿全、教授閔長(zhǎng)俊、教授袁小聰為共同通訊作者，深圳大學(xué)為該文章的第一單位和第一通訊單位。

在光學(xué)領(lǐng)域，突破物理極限始終是一個(gè)研究熱點(diǎn)。當(dāng)人們轟轟烈烈推動(dòng)納米光子學(xué)研究20多年之后，一個(gè)更高的目標(biāo)正吸引著全球科學(xué)家敏銳的目光：皮米光子學(xué)（Picophotonics）。近幾十年以來(lái)，在光場(chǎng)調(diào)控基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，空間光場(chǎng)調(diào)控與時(shí)間光場(chǎng)調(diào)控是兩架并駕齊驅(qū)的馬車，分別在納米尺度和飛秒尺度取得了重大突破與進(jìn)展，是人類研究光與物質(zhì)作用在分子尺度表征物性的里程碑。2023年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的阿秒激光又在時(shí)間光場(chǎng)調(diào)控維度上先行一步，把瞬態(tài)光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)推向了新的里程碑高度。可以預(yù)測(cè)，皮米光子學(xué)有可能成為空間光場(chǎng)調(diào)控的新高度，提升光學(xué)在原子和電子尺度表征物性的能力。

光學(xué)奇點(diǎn)，作為一種具有獨(dú)特性質(zhì)的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)，近年來(lái)在精密測(cè)量、量子技術(shù)等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的位移測(cè)量技術(shù)受制于光學(xué)衍射極限，導(dǎo)致在皮米級(jí)精度測(cè)量中存在重大技術(shù)瓶頸。為了解決這一問(wèn)題，我校團(tuán)隊(duì)借鑒了物理學(xué)測(cè)量重心的懸掛法原理，并結(jié)合光學(xué)軌道角動(dòng)量的微觀物理圖景，提出了一種基于光學(xué)軌道角動(dòng)量的質(zhì)心法，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)奇點(diǎn)在橫向4.5 pm、縱向24.2 pm的三維皮米級(jí)精度定位。該技術(shù)通過(guò)精確觀察和分析光場(chǎng)中的微小角動(dòng)量變化，獲取光學(xué)奇點(diǎn)的位置，突破了傳統(tǒng)技術(shù)在橫向和縱向定位精度上的限制，為未來(lái)高精度三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

更為重要的是，該研究不僅局限于實(shí)驗(yàn)室中的精密位移測(cè)量，還揭示了光學(xué)奇點(diǎn)尺在引力波探測(cè)、天體觀測(cè)、微觀粒子振動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。團(tuán)隊(duì)通過(guò)深入分析光學(xué)奇點(diǎn)，提出的測(cè)量框架具有高度的適應(yīng)性，能夠廣泛應(yīng)用于基于干涉測(cè)量的高精度科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，尤其是在超高精度傳感、半導(dǎo)體光刻、引力波測(cè)量等前沿領(lǐng)域。

該研究成果鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55210-0

該研究得到廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃深圳市孔雀計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金、深圳大學(xué)2035計(jì)劃、研究團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)計(jì)劃、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及浙江大學(xué)極端光子學(xué)與儀器科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金的支持。