传统的涡旋光场结构通常表现为环形甜甜圈形状，结构单一，而且，它们大多从相位奇点角度上实现。这使得涡旋光场在空间强度信息上的潜力未能得到充分利用，同时也限制涡旋光场的多路复用和光学微操纵的灵活应用。同样地，强度奇点是否也可以产生和操纵OAM, 这也激发了研究人员的好奇和兴趣。基于强度奇点的方法(图1)，研究人员将光精确引导至空间任意目标位置，产生空间结构可任意调控的涡旋光场，这为操纵光学OAM提供更高的调控维度。
图1.结构化光学轨道角动量原理
基于强度奇点理论，团队人员构建可定制的OAM结构光场。强度奇点能够形成具有更高能量峰值的锐利光场，形成明显的强度梯度。同时光场相位也展现明显的梯度分布，这也理论上证实该光场具有结构化的光学轨道角动量。图2展现不同OAM结构光场的相位、OAM谱密度及坡印廷矢量。
图2. 不同OAM结构光场的(a)相位、(b)OAM谱密度及(c)坡印廷矢量。
为了验证理论预测和结构化OAM的微操纵优势，研究者构建光学微操纵平台，并设计了一系列实验。图3和4展现任意涡旋结构光场操纵粒子应用，这表明该方法能够按照需求实现任意结构化的涡旋光场的定制，为灵活的光学微加工、微操纵开辟了一条新途径。
图3.不同OAM结构光场操纵微粒
图4.任意构建的OAM结构光场操纵微
该团队利用强度奇点预测了一种新奇的OAM光场，并提供了一种可行的方案来操纵OAM和涡旋光场，拓展和加深对光学奇点的理解。精确的光子奇点调控展示了巨大潜力，为灵活的粒子操纵、微加工以及纳米粒子运输提供一条新的途径。这一研究成果以Orbital Angular Momentum of Structured Vortex Beams Induced by Intensity Singularity为题发表在Laser & Photonics Reviews上。
浙江师范大学博士生胡俊涛为第一作者；通讯作者为浙江师范大学钱义先教授，河南科技大学李新忠教授和新加坡南洋理工大学申艺杰助理教授。南方科技大学李贵新教授、上海理工大学詹其文教授对该研究工作进行指导。该研究工作得到国家自然科学基金（12474301, 12274116）、浙江省自然科学基金重点项目（LXZ22A040001）、新加坡教育部AcRF Tier 1项目(RG157/23)和南洋理工大学科技创新项目资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/lpor.202401064
参考文献
[1]http://doi.org/10.1098/rspa.2001.0826.
[1]https://DOI:10.1103/physrevlett.116.178101.
[1]https://doi.org/10.1038/s41377-023-01270-8
