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
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
余京京 1,2,3任姣姣 1,2,3张丹丹 1,2,3张霁旸 1,2,3[ ... ]韩旭 1,2,*
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
为了克服传统轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束无衍射距离短的局限，设计了一种双锥面轴棱锥结构。基于几何光学理论对双锥面轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束的原理进行了分析，并对太赫兹贝塞尔光束的无衍射特性和双锥面轴棱锥顶点对齐误差对无衍射特性的影响进行了理论和仿真计算分析。同时，采用透射式太赫兹时域光谱系统对双锥面轴棱锥的功能进行了实验验证。仿真和实验结果表明：太赫兹波经过锥面底角为γ2=20°、γ1=15°的双锥面轴棱锥后能够产生110 mm无衍射距离的太赫兹贝塞尔光束，相较于传统轴棱锥，无衍射距离增加了82.63 mm；无衍射距离随着锥形底面角度的增加而增大。
物理光学 双锥面轴棱锥 太赫兹贝塞尔光束 无衍射距离 太赫兹时域光谱系统
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
深圳大学物理与光电工程学院，教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响，从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型，在弱散射近似下，结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束，以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明：贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后，重建光束的无衍射距离大大缩短，光强远低于原光束，且生物组织越厚，重建光束的光强越低；轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸，但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大；同时，低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。
医用光学 贝塞尔光束 湍流模型 角谱理论 空间光调制器
深圳大学物理与光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
贝塞尔光束具有无衍射、自重建等特性，在光镊、生物成像等领域具有重要的应用价值。基于角谱理论，分析了贝塞尔光束被障碍物遮挡后的自重建行为，提出利用互相关系数来表征贝塞尔重建光束和原光束截面光强分布的相似性，从而在理论模拟中确定恢复距离，并得到障碍物不同参数对贝塞尔光束自重建的影响。理论模拟结果表明，恢复距离和障碍物大小并非简单的线性关系，障碍物只有在阻挡更多的光束旁瓣时，恢复距离才会增加，而且离轴障碍物比轴上障碍物需要更长的恢复距离；对于轴上障碍物而言，当其尺寸小于高阶贝塞尔光束的中空区域时，高阶贝塞尔光束有着更强的自愈能力。同时进行了实验验证，利用空间光调制器产生可调控的贝塞尔光束用于验证仿真结果，实验结果与仿真结果吻合，说明基于角谱理论的互相关系数法可以用于精准验证贝塞尔光束的自重建特性。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617021
