螺旋相位板是一種特殊的光學元件，其一個表面被加工成類似“螺旋斜坡”的形狀，中心最厚，邊緣最薄。當常見的高斯光束（光斑呈亮斑）通過它時，會因為板在不同位置的厚度不同，導(dǎo)致光線產(chǎn)生與方位角相關(guān)的相位延遲。其核心功能是將高斯光束轉(zhuǎn)換為渦旋光束，這種光束的波前呈螺旋狀，中心強度為零（一個暗核），并攜帶軌道角動量。

主要特點

• 產(chǎn)生光學渦旋：核心功能是生成攜帶軌道角動量（OAM）的渦旋光束，其拓撲荷數(shù)（m，表示螺旋的階數(shù)）由SPP的最大相位設(shè)計深度（通常為m×2π）決定。

• 相位調(diào)制：通過純粹的物理結(jié)構(gòu)（厚度變化）來實現(xiàn)相位調(diào)制，原理直觀，不同于基于衍射的元件。

• 高轉(zhuǎn)換效率：對于設(shè)計波長的激光，通常具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率（>90%），大部分入射光能被轉(zhuǎn)換為所需的渦旋光束。

• 寬帶寬性：與液晶空間光調(diào)制器等電控器件相比，SPP是純被動光學元件，工作時不需電源，性能穩(wěn)定，適用于高功率激光場景。

• 波長敏感性：SPP的相位延遲量與波長相關(guān)。一個針對特定波長（如1064nm）設(shè)計的SPP，在其他波長使用時會產(chǎn)生不完美的渦旋光束，這既是缺點（需要定制）也是優(yōu)點（可用于濾波）。

• 加工難度：高拓撲荷數(shù)或極高精度的SPP的制造需要精密的納米加工技術(shù)（如電子束光刻、離子束刻蝕），成本較高。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 光學微操縱 - "光學鑷子"與"光學扳手"

• 超分辨率顯微鏡（STED）

• 光學通信

• 材料加工

• 量子信息

• 成像與傳感

連續(xù)面形螺旋相位板相對于傳統(tǒng)的臺階狀元件極大提高了光的利用率，其典型應(yīng)用為將入射平行光轉(zhuǎn)換為帶角動量的渦旋光，用于光攝、光子捕獲。本研究小組可以進行各種拓撲電荷數(shù)的螺旋相位板的制備，如下圖所示。