給光設計一個“扳手”，鏡頭就能更輕薄。未來的顯微鏡、相機鏡頭、望遠鏡，或许不再需求粗笨、復雜的鏡頭組了，僅通過納米級的超薄結構薄膜，就能實現光的相位調控。

　　這是“懸鏈線光學”的應用远景之一。不久前，中國工程院院士、中國科學院光電技術研讨所所長羅先剛及其團隊，因為這項研讨，榮獲2023年度國家自然科學獎二等獎。他們在國際上初次証實：使用光子自旋-軌道角動量相互作用的物理原理，懸鏈線能够對光產生穩定、可控的“扳手”作用。簡單來說，用懸鏈線結構制作的光學器材，不凭借任何凹凸鏡面，在二維平面上就能實現光的異常折射、反射，乃至讓光旋轉成恣意姿態。

　　什麼是懸鏈線？它是一條兩端固定的鏈條在重力作用下彎曲构成的曲線。日子中常見的蜘蛛網、電線、晾衣繩等都是懸鏈線結構。便是這樣一條看似簡單的曲線，隱藏著光學變革的隐秘。

　　從2003年開始，羅先剛就帶領團隊嘗試用各種數學办法研讨納米标准的異常光學現象，期望從原理層面打破傳統光學理論的约束。

　　十年間，頭腦風暴不断，計算不断，諸多創新嘗試雖然获得顯著應用作用，但其背面的物理機理依然不夠明晰。

　　怎麼辦？回到根本物理問題——相位因子。楊振寧曾归纳20世紀物理學的三大主旋律：量子化、對稱性和相位因子。在日常研讨中，羅先剛也反復提及，要從根本物理和數學層面去開展原創性的研讨，“微觀光學是一個巨大寶藏，必須獨辟蹊徑，從科學研讨的‘根’上進行打破”。

　　重新出發，會帶來原創性打破嗎？在既往研讨中，科學家一般採用離散型結構去實現相位調控。離散型結構調控自由度高、有表可查，但简单帶來相位誤差，導致功率下降。

　　“眼鏡、反射鏡、望遠鏡等各種透鏡的外表都是润滑和連續的，能否設計出一種非離散型結構讓相位散布也如此呢？”羅先剛的一句話，打開了研讨思路。

　　“設計結構的過程很像在做集成電路，需求把每個結構的走向、尺度設計出來，並且精確到納米級別。”團隊成員蒲明博回憶。

　　尤其在設計透鏡或许渦旋光產生器時，團隊費盡功夫。在人工智能没有廣泛應用時，凭借計算機編程輔助，團隊自己建立模型、精细計算。“在百毫米量級范圍內要設置很多納米結構，必須讓計算機依照必定的函數規則去編程。”蒲明博說。

　　模型搭起，圖形顯露，推導出函數式。直到翻閱很多數學資料后，才確定產生連續線性相位的結構遵从一種特别的懸鏈線函數。那一刻，團隊成員都有種“眾裡尋他千百度，驀然回忆，那人卻在燈火闌珊處”的慨叹。

　　眼下，團隊還在持續深化對懸鏈線光學的研讨。人們能以多高自由度刻画光？探究懸鏈線光學的最高光場調控自由度是下一步研讨重點。（記者 趙潔）

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