一项发表于《Advanced Photonics Nexus》期刊的研究，提出了一种通过结合介电多层结构与图案化金属表面，在自由空间中生成扭曲光束的新方法。这项技术有望克服小型光源光束整形难题，为光子学集成应用提供新途径。

光携带的角动量可分为偏振相关和轨道相关两种形式。轨道角动量允许光像开瓶器一样扭曲传播，在信息编码、物质相互作用及系统探测方面具有潜力。然而，从纳米级光源产生明确定义的扭曲光一直面临技术挑战。

研究团队采用布洛赫表面波作为中介，这种电磁波沿着五氧化二钽和二氧化硅的多层堆栈表面传播，损耗较低。堆栈顶部制造了由金纳米棒排列成螺旋图案的手性超表面，通过纳米棒旋转引入手性，控制光散射。

该过程分为三个步骤：圆偏振环形激光束耦合激发布洛赫表面波；表面波径向扩散并携带结构化相位；波到达手性超表面后向上衍射至自由空间，形成具有受控偏振和轨道角动量的光束。超表面设计展现出强偏振选择性，实验显示约80%发射光携带所需圆偏振。

资深作者Emiliano Descrovi表示：“我们的目标是在微小光源和结构化光世界之间架起桥梁。通过布洛赫表面波引导光，我们可以高精度塑造它，同时避免金属系统的严重损耗。”团队通过数值模拟和实验验证了该概念，测量结果与预测相符，确认效应源自表面波中介。

这项基于介电材料的方法避免了等离子体结构的效率限制，适用于纳米级光源集成，可能扩展至单光子水平。它有助于解决紧凑系统中微观发射器与宏观光束连接的长期挑战，推动手性超表面在光子学领域的应用。

出版详情：作者：SPIE；标题：《Chiral metasurfaces guide twisted light into free space》；发表于：《Advanced Photonics Nexus》(2026)。