奇异点（EP）口舌厄密系统中的一类特别奇点，在该点处，本征值和本征态在参数空间中覆没，并导致有关希尔伯特空间的降维。在此类系统中，由于本征态的简并性，EP只会在某个详情的通说念上运转。这种本征特点可被用来末端道理的分歧称限制，如圆偏振光的分歧称透射和单向无反射惬心等。然则，EP的利手性导致寂寥孤身一人EP系统仅能对单个本征态末端反馈，极猛进度上摈弃了其在波前限制限制的诈欺。因此，构建随性气象的奇异效应在本体诈欺中具有紧迫意旨。此外，迄今为止，在多波长要求下责任的全彩色矢量超名义的假想仍然是一个紧要挑战，怎样将波长信息同全偏振矢量场勾通关于全色泄露与安全数据存储诈欺意旨紧要。

图1：双奇异点末端全彩矢量波前调制透露图

近日，清华大学深圳外洋盘问生院宋清华副教师与法国国度科研中心帕特里斯·吉纳维特（Patrice Genevet）盘问员、台湾得手大学吴品颉副教师互助建议了彭胀EP光子系统特定分歧称反馈的新神气，构建了分歧称矢量波前调制的新计谋，末端了全偏振态奇异效应的构造。盘问东说念主员发现，在奇异点处旋转超结构不错将Pancharatnam-Berry（PB）相位在某一特定圆偏振（CP）编削通说念上进行单独编码。通过将镜像对称计谋诈欺于纳米结构几何局势中，不错末端EP本征样式旋向性的反演，从而末端一双正交EP本征态的构建。盘问东说念主员将这两个源自正交偏振的EP简并本征模光信号进行叠加，末端了两个圆偏振光束的分歧称反射，并将超名义反馈彭胀到CP气象以外的所有偏振气象。这种EP叠加假想的非厄密反射PB超名义推崇出随性且单向的矢量波前整形才气，松懈了拓扑超名义的固有局限性。该盘问责任进步了拓扑波前整形广漠诈欺的可能性，并为拓扑超名义的光通讯、数据加密和高密度光学数据存储开拓了说念路，此外，耦合一双EP来末端非对称反馈彭胀的计谋关于更广漠的EP系统也具有荒谬紧迫的参考意旨。

图2：双奇异点拓扑矢量超名义的假想道理。(A) 结构单位透露图，水平线偏振光沿-z看法垂直入射超名义。（B）单位结构S与（C）其镜像对称结构Sm在x看法线偏振入射时的名义电流散播的仿真图。（D-F）通过勾通EP和PB相位梯度散播，出射光只往右侧偏折，末端把握非对称波前调制。其中（D）单位结构S只适用于右旋光(RCP)。（E）Sm只适用于左旋光(LCP)。（F）通过叠加S和Sm，不错对出射光的偏振态进行随性限制。

图3：具有镜像对称结构的双奇异点的仿真遣散。（A）反射光谱的偏振选定性。在λ = 600nm处可不雅察到结构S与Sm差别对应的两个与的两个反射零点。（B）超名义S与（C）超名义Sm的本征态与波长的联系在庞加莱球上的投影。标明它们在λ = 600nm处在两个顶点（RCP和LCP）简并。其中Es1与Es2代表两个本征态。

图4：具有不同偏振假想的分歧称超全息图的制作与测量遣散。全息图的偏振假想差别为（A）左旋LCP (χ = -45°)；（B） 右旋 RCP(χ = 45°)；（C）线偏LP-45° (ψ = 45°，χ = 0°)和（D） 椭偏ELP (ψ = 0°， χ = 18.43°）。非对称全息图像在30°时不错看到了了的“L”、“R”、“A”和“H”图像，但在对角-30°时仅出现费解且不完满的图像。（E）全息图像对应偏振在庞加莱球上的投影。 蓝点：假想的偏振。 红点：推行测量的偏振。

有关盘问恶果以“创建随性偏振限制的奇异点对：非对称矢量波前调制”(Creating Pairs of Exceptional Points for Arbitrary Polarization Control: Asymmetric Vectorial Wavefront Modulation)为题发表在《当然·通讯》（Nature Communications）上。

本文通讯作家为清华大学深圳外洋盘问生院宋清华副教师、法国国度科研中心帕特里斯·吉纳维特（Patrice Genevet）盘问员与台湾得手大学吴品颉副教师。第一作家为清华大学深圳外洋盘问生院2022级博士生杨子矜与台湾得手大学博士生黄柏胜，互助者包括清华大学深圳外洋盘问生院秦昊烨、邓敏聪副教师、韩三阳助理教师和李勃教师，台湾得手大学林佑璁博士，法国国度科研中心赫苏斯·祖尼加-佩雷斯（Jesús Zúñiga-Pérez），同济大学施宇智特聘盘问员、王占山教师、程鑫彬教师以及伯克利加州大学Boubacar Kanté教师。该责任得到了国度当然科学基金委、国度重心研发操办、深圳市科创委等部门和项方针援助。

此外，宋清华团队进一步建议了一种特有的“仅相位”型全彩矢量全息计谋，并成就了一种基于龙套傅里叶变换的先进图像抵偿算法，大要在多波长要求下检阅多色图像的尺寸和位置。通过将该抵偿算法与双奇异点勾通，在较宽的波长边界内遏止了特定CP通说念的编削，末端了宽带要求下的分歧称波前操作，而且证据了EP对的多通说念复用才气。该团队所假想的全色矢量加密有蓄意大要将波长和偏振信息独随即编码到强度散播中，颜料和偏振特点的耦合显耀加多了超名义信息容量，从而突显了其在光束整形、光学成像和泄露、数据存储和信息不停诈欺中的浩大后劲。

图5：基于双奇异点的非对称全彩矢量全息透露图。（A）通过使用PB相位，具有调换图案但不同大小的红绿蓝三色全息图像在水平线偏光（LP-H）照明下以指定角度重复，（B）从而在感敬爱敬爱的区域产生随性（C）场地角和（D）椭偏率的非对称全彩矢量全息图。

图6：分歧称全彩矢量全息图测量遣散。（A）制备的超名义的 SEM 图像和（B）其局部放大图像。（C）测量的30°看法区域的强度、（D）场地角和（E）椭偏率。

有关盘问恶果以“奇异点对助力非对称全彩矢量超全息术”(Asymmetric Full-color Vectorial Meta-holograms Empowered by Pairs of Exceptional Points) 为题发表在《纳米·快报》（Nano Letters）上。

本文通讯作家为清华大学深圳外洋盘问生院宋清华副教师、台湾得手大学吴品颉副教师与中国科学院苏州纳米技能与纳米仿生盘问所黄伟副盘问员。第一作家为清华大学深圳外洋盘问生院2022级博士生杨子矜与台湾得手大学博士生黄柏胜，互助者包括清华大学深圳外洋盘问生院秦昊烨、2023级博士生陈佳欣、韩三阳助理教师和李勃教师，台湾得手大学林佑璁博士，暨南大学邓子岚教师，法国国度科研中心赫苏斯·祖尼加-佩雷斯和帕特里斯·吉纳维特盘问员。该责任得到了国度当然科学基金委、国度重心研发操办、深圳市科创委等部门和项方针援助。

论文沟通：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-44428-z

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c03611

文/图：杨子矜

剪辑：戴雨静

审核：陈轶群