旋光效应，是指线偏振光束在旋光介质中传输时发生的偏振面旋转现象，由于其在分析化学、生物学和晶体学中的重要应用而被广泛研究。迄今为止，人们普遍认为旋光效应主要表现在手性介质中。近年来，研究者也提出了多种具有强手性的人工超材料结构，可以实现旋光效应。此外，人们也构造了非手性超材料结构来控制光的左、右旋偏振分量的相位，从而使光的偏振面旋转。

在自由空间中，由于不存在光自旋-轨道相互作用，不可能发生圆双折射和旋光效应。近日，西北工业大学物理科学与技术学院赵建林教授、刘圣副教授团队与南京大学陆延青课题组、南开大学陈志刚课题组合作，突破了这一问题。通过设计的一种具有锥波相位的几何相位元件，实现了贝塞尔光束在自由空间中的旋光效应。该旋光现象与传统磁致旋光现象有许多类比之处，如线性旋转、圆双折射、旋光色散、非互易性等。基于这种旋光效应的类非互易性，可以实现方向相关的偏振旋转器或光隔离器。相关成果以“Analogous Optical Activity in Free Space Using a Single Pancharatnam–Berry Phase Element”为题发表于国际顶级学术期刊《Laser & Photonics Reviews》（DOI: 10.1002/lpor.202100291; IF：13.1）。

研究者相信，这种新型的无衍射光束为空间结构光场的研究打开了一扇大门，并为各波段的无介质旋光效应带来新的可能性。

该项工作得到了国家重点研发计划（2017YFA0303800）、国家自然科学基金（11634010、12074312、61675168, 12074313, 11774289, 91850118,11804277, and 11574389）、陕西省自然科学基础研究计划项目（2019JM-583）、西北工业大学“310”项目、西北工业大学博士论文创新基金（CX202047）等项目资助。

【文章链接】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100291

西北工业大学刘圣副教授为论文第一作者和通信作者，南开大学陈志刚教授和西北工业大学赵建林教授为共同通信作者。刘圣副教授作为我校光学学科的青年教师，近两年在自由空间中光场的调控及应用方面取得了一系列创新性成果，已在领域顶级期刊Laser & Photonics Reviews、SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy、Photonics Research、Optics Letters、Optics Express、Applied Physics Letters等发表了系列研究成果。

(撰稿：李鹏;审核：毛东)