西北工业大学物理科学与技术学院，光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注，在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性，通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法，通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控，构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发，总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展，包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段，并分析了其传输和调控机理。
光场调控 无衍射光束 贝塞尔光束 光传输 光学学报
2024, 44(10): 1026001
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。
矢量光束 偏振 贝塞尔光束 庞加莱球 vector beam polarization Bessel beam Poincaré sphere 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230362
Author Affiliations
Abstract
1 Britton Chance Center and MoE Key Laboratory for Biomedical Photonics, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, P. R. China
2 MoE Key Laboratory for Biomedical Photonics, Collaborative Innovation Center for Biomedical Engineering, School of Engineering Sciences, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
3 Research Unit of Multimodal Cross Scale, Neural Signal Detection and Imaging, Chinese Academy of Medical Sciences, HUST-Suzhou Institute for Brainsmatics, JITRI Suzhou, P. R. China
The volumetric imaging of two-photon microscopy expands the focal depth and improves the throughput, which has unparalleled superiority for three-dimension samples, especially in neuroscience. However, emerging in volumetric imaging is still largely customized, which limits the integration with commercial two-photon systems. Here, we analyzed the key parameters that modulate the focal depth and lateral resolution of polarized annular imaging and proposed a volumetric imaging module that can be directly integrated into commercial two-photon systems using conventional optical elements. This design incorporates the beam diameter adjustment settings of commercial two-photon systems, allowing flexibility to adjust the depth of focus while maintaining the same lateral resolution. Further, the depth range and lateral resolution of the design were verified, and the imaging throughput was demonstrated by an increase in the number of imaging neurons in the awake mouse cerebral cortex.
Volumetric imaging Bessel beam two-photon microscopy Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(4): 2350017
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
We numerically demonstrate that the tight focusing of Bessel beams can generate focal fields with an ultra-long depth of focus (DOF). The ultra-long focal field can be controlled by appropriately regulating the order of the Bessel function and the polarization. An optical needle and an optical dark channel with nearly DOF are generated. The optical needle has a DOF of and a super-diffraction-limited focal spot with the size of . The dark channel has a full-width at half-maximum of and a DOF of . Furthermore, the oscillating focal field with an ultra-long DOF can be also generated by merely changing the order of the input Bessel beam. Our results are expected to contribute to potential applications in optical tweezers, atom guidance and capture, and laser processing.
Bessel beam vector beam tight focusing depth of focus Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 072601
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所矢量光场研究中心，四川 成都 610209
高阶贝塞尔光束能够携带轨道角动量，且具有无衍射特性，在粒子操控、激光微纳加工及非线性光学等领域具有重要应用价值。目前产生高阶贝塞尔光束的方式无法同时满足集成化和高功率场景的应用需求。基于飞秒激光诱导的双折射纳米光栅结构，提出一种高损伤阈值的集成化光场调控器件制备方法。通过调控纳米光栅的光轴方向和相位延迟量，在石英玻璃内部写入光轴取向空间变化的多层纳米光栅结构，制备的器件可以实现不同光场调控功能的叠加和不同工作波长的设计。基于所提方法制备了中心波长为532 nm、拓扑荷值为4的高阶贝塞尔光束产生器件。器件产生的高阶贝塞尔光束携带的轨道角动量与设计值相符，在4 m距离内光斑大小保持基本不变。器件的零几率激光损伤阈值为28.5 J/cm2（6 ns），在高功率激光光束整形等领域具有极大的应用潜力。
激光光场调控 高阶贝塞尔光束 集成化光学元件 飞秒激光 纳米光栅 激光损伤阈值 光学学报
2023, 43(13): 1326003
新型光场调控技术已经在焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光通信等领域取得了众多重要成果。提出了一种基于贝塞尔光束的复合光场调控方案，利用贝塞尔光束固有角谱和环形光阑的锐边衍射实现了远距离的超衍射极限聚焦。理论和实验结果表明，轴棱锥-透镜系统生成的局域空心光束经环形光阑产生锐边衍射，其高频成份得到增强，从而具有超衍射聚焦特性。该局域聚焦光场与周围旁瓣光场距离很远，有望应用于远场超分辨显微成像和光镊等领域。
衍射与光栅 光场调控 局域空心光束 超分辨 贝塞尔光束 锐边衍射 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2105001
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
具有深微孔结构的铌酸锂晶体可以成为具有优良光波选择性调制功能的光子晶体器件。然而，目前使用的聚焦离子束刻蚀、化学刻蚀或常规激光制孔等方法很难获得光子晶体所需的高深径比微孔。本文基于飞秒脉冲高峰值功率、超短脉宽的基本特点，通过对光束进行贝塞尔整形以及对光束与铌酸锂晶体的相互作用进行调控和研究，用飞秒单脉冲在铌酸锂晶体内部一步制备出深径比约为700∶1的大面积均匀微孔阵列。测试结果表明，设计并制备的高深径比微孔阵列光子晶体结构对450～510 nm波长范围内的光束具有明显的选择透过性。
激光技术 超快激光 贝塞尔光束 铌酸锂 深径比 光子晶体 中国激光
2022, 49(10): 1002503
电子科技大学光电科学与工程学院, 四川 成都 611731
如何更加有效且简便地得到新型锥透镜及贝塞尔(Beasel)光束一直是研究人员关注的重点。提出了一种由液晶材料制作的锥度可由电压调整的轴棱锥。对所提出的液晶轴棱锥特性进行了介绍。此类液晶轴棱锥由两个电压控制,其中一个电压固定,通过改变另一个电压来改变轴棱锥锥度。对液晶轴棱锥特性进行了测试,实验结果表明液晶轴棱锥能够对入射光进行与传统轴棱锥相似的调制,并且实现锥度的连续变化。搭建了基于液晶轴棱锥的成像系统,并通过此系统实现了扩展景深成像。液晶轴棱锥为产生贝塞尔光束及扩展景深成像提供了新的思路与方法。
光学器件 轴棱锥 液晶透镜 贝塞尔光束 扩展景深
