近日，上海理工大学顾敏院士、方心远研究员课题组在国际一流期刊《纳米快报》（Nano Letters）上发表题为“CMOS集成的三波长4-bit轨道角动量消色差探测器”（Achromatic CMOS-Integrated Four-Bit Orbital Angular Momentum Mode Detector at Three Wavelengths）的研究成果，智能科技学院助理研究员李保莉博士、胡晓楠同学为论文的共同第一作者，方心远研究员为通讯作者，顾敏院士对该工作提供了重要指导，上海理工大学为唯一作者单位。
利用光的正交物理维度进行光学复用，以并行方式处理信息有望满足不断增长的高容量光器件需求。具有无穷正交性的轨道角动量（OAM）和其他物理维度的协同控制引起了研究人员的广泛关注。在模式转换中，傅里叶变换所需的透镜相位在特定波长下对应不同的傅里叶平面，因此不同波长的OAM状态不能在相同的传播距离下实现解码，开发用于多波长叠加OAM模式同时检测的CMOS集成衍射光学元件仍然存在重大障碍。为适应微型化光学系统的发展需求，研究人员近期已实现基于超透镜的色散控制。然而，复杂的制造工艺和对入射偏振的特殊要求限制了超表面的实际应用范围。3D双光子纳米打印同样被证明可用于色散控制，且解锁的高度自由度使不同波长通道下的消色差成像和聚焦成为可能。
为了解决对叠加态OAM探测消色差和集成化的需求，研究团队提出了一种与互补金属氧化物半导体（CMOS）集成的用于三波长、4-bit叠加态轨道角动量的消色差探测技术。利用全息空间复用机制，通过一张纯相位全息图即可将不同波长下的叠加态轨道角动量分布到同一探测平面的不同空间位置上，并通过双光子激光打印技术，制备了与CMOS集成的超紧凑消色差叠加态轨道角动量探测器。该方法展示了一种用于大容量信息处理的微型化平台。
图 超紧凑CMOS集成的多波长OAM消色差探测器的概念图
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02063
