未來的顯微鏡、望遠鏡甚至相機鏡頭，或許不再需要復雜、笨重的鏡頭組，僅通過納米級厚度的平面薄膜，便可完成光的聚焦、偏轉等控制。
　　
　日前從中科院光電技術研究所（以下簡稱光電所）獲悉，在國家973項目“波的衍射極限關鍵科學問題”課題支持下，該所微細加工光學技術國家重點實驗室在國際上首次研究證實：利用光子自旋—軌道角動量相互作用的物理原理，“懸鏈線”可以對光產生穩定、可控的“扳手”作用。就是說用“懸鏈線”結構制造的光學器件，可不借助任何凹凸透鏡，僅在“二維”平面上便可實現光的折射、反射，甚至讓光旋轉成任意姿態。

　懸鏈線與拋物線、月牙線或者半圓線不同，是一條兩端固定的鏈條在重力作用下彎曲形成的曲線。它在生活中隨處可見，橋梁懸索、架空電纜、街道護欄鐵鏈等都是懸鏈線結構。

    科學家們發現，在諸多形式的懸鏈線中有一種“等強度懸鏈線”可以保持結構在不同位置受力一致。那么，它施加到光上的“力”是否也一致呢？在這種奇特的力學特性啟發下，光電所團隊用粒子束在厚度僅百納米的平面金屬薄膜表面，刻下納米尺寸的“亞波長懸鏈線”連續結構，并證實了刻有這種懸鏈線“花瓣”的金屬膜，在光束照射后，可產生穩定可控的折射、反射等光學現象。
　該團隊負責人楊磊磊介紹說，傳統意義上光的折射、反射等相位變化，是由于透鏡不同厚度產生，而厚度均勻的平面透鏡不會產生光的相位變化。此次科學新發現，意味著利用“懸鏈線”構成的超薄納米結構，能夠在二維平面內實現對光的連續調控。
　“如果把光比喻成行進的列車，過去的凹凸透鏡如同依靠彎曲的軌道調整列車運行，而現在僅需扳動懸鏈線這個鐵道岔口的‘扳手’，便可改變列車的前進方向。”楊磊磊介紹說，為進一步確認懸鏈線的“光學扳手”作用，研究團隊還在平面金屬薄膜上嘗試刻制出不同形狀的懸鏈線“版畫”，并通過一種“花瓣狀”的圓形排列陣列，產生了攜帶完美軌道角動量，呈螺旋式前進的“光漩渦”。而此前研究中，科學家們還曾將月牙形、拋物線形結構刻制在平面上觀察光的折射、反射，結果證實僅有“等強度懸鏈線結構”具有穩定的光學相位變化。
　“傳統光學元件其厚度遠大于波長，這就是為何天文望遠鏡、相機鏡頭需要不同大小的鏡頭組。但懸鏈線光學器件，可通過操作納米級超薄結構的平移、縮放、旋轉等，實現光的相位變化，其厚度遠小于波長。”楊磊磊介紹說，未來基于懸鏈線構建的新型光學元器件，具有輕薄的特點，可廣泛應用于飛行器、衛星等空間探測領域，手機、相機鏡頭等成像領域。
　而這個受自然現象啟迪的美妙光學發現，在電磁學、光通訊領域也讓人充滿遐想。楊磊磊說，按照光子自旋—軌道角動量相互作用的原理，懸鏈線還可拓展到包括微波、太赫茲、紅外、可見光在內的大部分頻譜范圍，廣泛用于各種電磁器件；而采用懸鏈線結構的光通信器件，可在同一波長上傳輸多路信號，提高光通信的頻譜利用率，大大增加光通信的信息傳輸量。
　上述研究成果在美國科學促進會創辦的最新期刊《科學進步》上發表后，受到了國際光學界的廣泛關注。《中國科學》對其點評認為，這一發現的證實，“證明了納米懸鏈線可用于構建超薄、輕量化的光學器件，有望成為下一代集成光子學的核心”。