Optica | 基于3D打印的光纤贝塞尔光束生成器

论文导读

      贝塞尔光束因其无衍射和自恢复特性而备受关注。传统方式产生贝塞尔光束是使用透镜变换、轴锥镜或全息光束整形等技术，然而这些方法都涉及空间光元件。为了克服这一限制，科学家们致力于直接从光纤中产生贝塞尔光束。近日，来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Carlo Liberale教授课题组提出一种新型解决方案——直接在光纤上3D打印微纳光子结构以产生0阶和高阶贝塞尔光束。其研究论文"3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator"发表在美国光学学会旗舰期刊Optica上。该技术有望推动未来的光通信、光传感以及光谱学等众多应用。

研究背景

      贝塞尔光束从其被发现开始，由于其独特的无衍射和自恢复特性，就引起了科学界极大的兴趣。0阶贝塞尔光束是最简单的贝塞尔光束类型，特点是其高能量光斑在长传输距离内保持不变。高阶贝塞尔光束则呈现螺旋状波前，因此它们携带轨道角动量，是涡旋光的一种。传统的贝塞尔光束产生需要体积庞大的空间光元件，且不易稳定、需要对准。若能直接在光纤中产生0阶和高阶贝塞尔光束，将对光通信、光传感等领域有着重要意义。

技术突破

      在本文中，作者创新性地提出了一种在光纤端面的混合光子结构，该结构可以将单模光纤的高斯光束直接转换成贝塞尔光束并出射，并且光束直径和无衍射传播长度等关键参数也可调控。该设计将波导与衍射和折射微光学元件相结合，并使用基于双光子光刻的高分辨率三维打印技术，为从光纤中直接产生0阶和高阶贝塞尔光束提供了有效的解决方案。该技术是首次在光纤中产生高阶贝塞尔光束。

观点评述

      本文提出并制备了新颖的单模光纤贝塞尔光束发生器。该器件可以直接调控光束的特征参数，并首次实现了基于光纤的高阶贝塞尔光束产生。此类光纤集成贝塞尔光束发生器无需复杂的空间光元件与系统，能方便地产生所需要地高质量光束，并有望在将来的光传感、光通信和光成像等领域得到应用，如光纤内窥镜、涡旋光通信系统、光操控等等。

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