图1六维光学信息加密编码，a 自组装金纳米棒样品解码之后的结果，二维码大小为32 × 32 μm2（像素点为27 × 27）；b相似度S评估光束的拓扑荷、波长、偏振和Z位置的组合态解码之后的结果；c同一空间区域内16个纳米二维码复用解复用实验结果，四个OAM（-l1 =l2 = 1和-l3 =l4 = 3），两个波长（λ1 = 800 nm和λ2 = 860 nm）和两个线性偏振；d 六维光信息复用示意图；e 二维码在不同Z位置（Z1 - Z2 = 1 μm）的X-Y平面进行多层复用结果

在国家自然科学基金项目（批准号：61522504、91750110）等的资助下，暨南大学李向平教授、广东工业大学徐毅教授以及上海理工大学顾敏院士等组成的联合研究团队，在多维光学轨道角动量信息复用方面取得进展。研究成果以“基于合成螺旋二色性的六维轨道角动量光学复用（Synthetic Helical Dichroism for Six-Dimensional Optical Orbital Angular Momentum Multiplexing）”为题，于2021年10月14日在《自然·光子学》（Nature photonics）期刊上发表。全文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-021-00880-1。

相对于电信号，以光子作为信息传输载体的光信息技术具有大带宽、低能耗、高并行性等优势。通过调控光波的偏振、振幅、相位及频率等参量可以操控光波与物质的相互作用，为大容量信息技术提供更多的自由度。例如，利用光的波长、偏振、振幅等物理维度可以建立正交的数据通道，通过物理维度复用提高光信息技术的容量和安全性。然而，随着光信息技术的发展，数据的编码几乎耗尽了现有的波长、偏振、振幅等物理维度，光信息复用技术的容量正迅速接近其极限。自从研究人员发现光子携带的轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）可以作为复用的新维度以来，利用相位涡旋光场开发光子轨道角动量的复用技术方兴未艾。由于纳米尺度下光子轨道角动量的操控和复用与宏观尺度（如自由空间）及光纤中截然不同，揭示深亚波长尺度下OAM光场与物质相互作用的新机制并探索复用新技术，是发展下一代光子器件亟待解决的关键难题之一。

围绕上述难题，李向平教授及其合作团队研究揭示了由OAM光场拓扑荷导致颗粒吸收差异形成的螺旋二色性（Helical Dichroism, HD）物理现象。他们发现，OAM光在非傍轴聚焦条件下，其焦斑体积中因退偏振效应产生空间取向和分布各异的偏振椭圆。并且，该偏振椭圆的长轴空间朝向与OAM光拓扑荷存在依赖关系，通过拓扑荷可以调控偏振椭圆的矢量取向和空间分布。当纳米颗粒位于衍射极限尺度焦斑体积中时，具有不同涡旋相位的紧聚焦OAM光对颗粒的激励情况各异。研究团队将紧聚焦OAM光束作用于自组装金纳米颗粒，利用OAM光束(l = -1)实现了对一个二维码图案的加密，只有通过特定拓扑荷（l = -1）、波长（λ1 = 800 nm）、偏振态（p1）和空间位置（Z1）的组合才可以解码读取正确的信息。进一步，同时结合波长、偏振和三维空间，研究团队开发了六维（波长、偏振、轨道角动量及空间XYZ）光信息复用技术（图1）。

该研究结果表明，OAM复用作为一个理论上具有无限态的物理维度可以在纳米尺度光信息复用和调控等领域发挥重要作用。该工作为开发光的OAM维度以控制光与物质的相互作用开辟了新途径，其机制也可以推广至其它相关光学系统，为基于OAM的高维量子纠缠、大容量信息存储和光学加密等应用提供新的研究思路。