主编推荐 | 超表面集成微环发射器：矢量光束到斯格明子的片上产生与调控

Chinese Optics Letters 2026年第5期Editors’ Pick:

Junwei Lai, Zhangyu Zhou, Yuquan Zhang, Changjun Min, Xiaocong Yuan, "On-chip generation of structured vector beam sequences with metasurface-integrated microring resonators," Chin. Opt. Lett. 24, 053603 (2026)

导语：为增强片上光学器件产生矢量结构光场并调控其偏振特性的能力，该工作设计了一种结合微环谐振腔与几何相位超构表面单元的片上矢量结构光场产生与调控方案。该方案通过精确控制超构单元结构的转角与数量，实现了高阶矢量光束、Stokes斯格明子等复杂结构光场的片上产生，为片上多功能集成光子器件的发展提供了新的研究方案。

结构光场通过在振幅、相位、偏振及角动量等多维度上的精细调控，能够构建出区别于传统平面波的复杂光场形态，近年来已成为光学与光子学领域的前沿热点。从携带轨道角动量的涡旋光束，到具有空间变化偏振分布的矢量光束，再到具有拓扑纹理的光学斯格明子，结构光场不断拓展着人们对光的认知边界。其中矢量光束作为一种具有空间非均匀偏振分布的结构光场，其独特的偏振特性使其在光通信、量子信息处理和精密测量等领域展现出巨大应用价值。

结构光场的传统产生方法主要依赖于螺旋相位板、空间光调制器等光学元件以及复杂的光路，存在系统体积大、稳定性差等限制，难以满足实际应用对器件小型化、集成化的需求。近年来，集成光子学的发展为矢量光束的片上产生提供了新思路，微环谐振腔已被证明能够稳定产生涡旋光束与矢量光束，这种方案被称为集成微环发射器。然而，之前的发射器研究主要聚焦于波长、角动量等标量参数的调控，缺乏对光场空间矢量结构与复杂拓扑形态的片上产生与灵活调控能力。如何用微环谐振腔产生复杂结构光场并灵活调控其偏振特性，仍然是一个挑战。

针对以上挑战，深圳大学闵长俊教授团队设计了一种结合微环谐振腔与几何相位超表面的片上结构光场产生与调控方案，进行了理论模型构建与数值仿真，实现了在离散共振波长处高阶偏振态矢量光束和光学Stokes斯格明子等复杂矢量光场的产生与调控。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2026年第24卷第5期。

图1 超表面集成微环发射器的示意图

在该工作中，研究人员设计并优化了基于微环谐振腔与几何相位超构单元的片上发射器，利用TE模式光激发逆时针方向的回音壁模式并与超构单元相互作用，通过控制超构单元的转角与数量调控左右旋圆偏振的角动量差，进而调控辐射光场的偏振特性与空间分布。基于此研究人员提出两种调控机制，一是引入调制拓扑荷调控左右旋圆偏振分量的轨道角动量，二是通过改变超构单元数量N使左右旋拓扑荷差值变为奇数，实现了从线偏振光到高阶矢量光束以及斯格明子数为1和3的Stokes斯格明子的按需产生，如图1所示。

与传统方法相比，该方案具有器件尺寸小、调控灵活度高、可输出模式多等显著优势，不仅为矢量结构光场的产生提供了新的技术方案，其紧凑的器件结构和高效的调控能力也为集成光子学中的复杂光场调控开辟了新途径，在高容量光通信、高精度传感测量以及量子信息处理等领域具有重要的应用前景。面向未来，团队将持续深耕“微纳结构光场调控”领域，专注于微尺度下结构光场的产生与调控技术，助力纳米光子学拓展信息承载能力，迈向更广阔的应用维度。