基于间隙等离激元涡旋腔的超紧凑光学轨道角动量约束及芯片级光子集成

《Nature Communications》：Plasmonic vortex cavities toward the ultra-compact limit

　　光学轨道角动量（OAM）的紧凑控制是芯片级光子集成的核心。因此，等离激元涡旋透镜作为一种关键的片上平台应运而生，用于通过可调谐的拓扑荷工程来编码和操纵OAM。在等离激元涡旋透镜的基础上，本文提出了一种基于间隙等离激元的涡旋腔概念——等离激元涡旋腔，用于实现涡旋约束。其中，等离激元涡旋由金属-绝缘体-金属（MIM）腔支撑，其占位面积小于λ/10，环形特征尺寸小于λ/60。我们建立了一个统一的物理框架，揭示了其控制物理机制：由间隙宽度控制的强扁平化间隙表面等离激元色散压缩了表面等离激元波长，使涡旋尺寸向量子效应所决定的超紧凑极限缩小；同时，固有腔反射产生了强驻波增强效应。全波仿真验证了该框架，揭示了在深亚波长占位面积范围内存在清晰且强烈的PV场。从透镜型到腔型涡旋的范式转变提供了一种超紧凑的OAM平台，推动了芯片级集成技术的发展。