“三维光子自旋霍尔效应时钟”示意图

近日，我院刘玉芳教授、于坤教授团队联合西北工业大学赵建林教授、刘圣教授团队，在自旋光子学领域取得高水平成果。相关论文以 “Dislocated moiré-type Pancharatnam-Berry phase elements enabling the tunable photonic spin Hall effect” 为题，发表于中科院SCI一区 Top 期刊《Photonics Research》。我院李岩珂博士为论文第一作者，张军副教授、于坤教授与西北工业大学刘圣教授为共同通讯作者，我院为第一通讯单位。

研究背景：传统PB相位元件难以动态调控

光子自旋霍尔效应（PSHE）是光自旋-轨道相互作用的重要体现，在光学成像、精密传感、光信息处理等领域具有广阔应用前景。PB相位元件是实现PSHE调控的核心器件，但传统PB相位元件功能固定、无法动态调谐，严重制约了其在自适应光学系统中的应用。开发简单高效、可动态调控的PB相位元件，一直是自旋光学领域的关键难题。

创新突破：错位莫尔型PB相位元件引入全新调控自由度

针对上述技术瓶颈，研究团队创新性提出错位莫尔型PB相位元件（DMPBPE），将横向错位作为全新调控自由度引入几何相位调控体系。该元件由两个相同的PB相位单元堆叠而成，通过调节两单元间的横向错位距离，即可实现PB相位的连续动态调制，突破了传统元件静态固定的局限。

实验验证：衍射效率高，相位梯度可精准调控

研究团队通过微光刻技术制备了基于液晶材料的DMPBPE样品，衍射效率超75%，实验验证了元件的优异性能。理论与实验结果表明，该错位莫尔型元件可产生与错位距离成正比的锥形相位梯度，径向频率可达10/mm（错位0.2mm时）。

多功能调控能力：从PSHE动态调控到光学边缘检测

1. 动态调控光子自旋霍尔效应：可在非线性轨迹贝塞尔光束中，实现PSHE的渐进式演化与远距离稳定调控，自旋分离距离可随错位距离精准调节；

2. 构建可编程三维“PSHE时钟”：结合螺旋光束，通过独立调控错位距离与光束初始取向，实现目标平面任意时间显示，为自旋相关的信息传输提供新方案；

3. 实现可调光学边缘检测：同步独立控制边缘检测的方向与宽度，显著提升光学边缘检测的灵活性，优于传统单参数调控技术。

研究意义与展望：

该研究将横向位错确立为自旋光子学调控的新自由度，为自适应偏振光学器件开发提供了全新思路。相关工作得到国家自然科学基金、河南省高校重点科研项目、河南省研究生教育改革与质量提升项目等资助。未来，团队将持续聚焦自旋光子学前沿，推动该技术在成像、传感、光通信等领域的实际应用。

相关论文doi: https://doi.org/10.1364/PRJ.583827

(文 李岩珂 张军)