基于计算全息的高质量贝塞尔光束阵列产生方法

针对传统计算全息法生成的贝塞尔光束阵列均匀性差,能量利用率低的问题,提出了两种计算全息法,分别可以生成高质量的平行、发散贝塞尔光束阵列。提出多轴锥透镜相位并行拼接法,通过提高窗口的“口径利用率”,有效降低了光场的背景噪声,提高了能量利用率,仿真结果表明,所产生的3×3平行贝塞尔光束阵列均匀性为98.94%,衍射效率为78.12%;提出多透镜和轴锥透镜相位叠加法,通过多个透镜和轴锥透镜相位叠加来调控贝塞尔光束的数量和位置,透镜相位对贝塞尔光束起到聚焦的作用,可以在透镜后焦面附近得到中心光斑直径缩小的贝塞尔光束阵列,仿真结果表明,所产生的3×3发散贝塞尔光束阵列均匀性为97.95%,衍射效率为79.23%。实验采集了贝塞尔光束阵列沿传输方向120 mm,130 mm,140 mm位置处的图像,与仿真结果高度一致。相比于传统方法,本文所提方法产生的平行、发散贝塞尔光束阵列均匀性分别提高了2.97%和4.70%,衍射效率分别提高了48.22%和54.75%。

用宽带超表面产生阵列贝塞尔光束

通过在空间光调制器(SLM)上加载相位图或通过光刻加工微型圆锥状结构可以产生贝塞尔光束阵列。然而,典型空间光调制器具有比波长大一个数量级的像素尺寸,这限制了相位梯度的可用范围,用光刻法加工的微型锥透镜的顶端不是标准的圆锥,这影响了贝塞尔光束的质量。为了克服这些缺点,将复杂的相位图加载到电介质超表面上,设计了一种可以产生阵列贝塞尔光束(在波长700 nm处,NA=0.3)的超表面器件。该器件可以宽波段工作,其单元结构在波长580~800 nm范围内的偏振转换效率均超过57%。利用时域有限差分算法(FDTD)对该器件(厚度为380 nm,直径仅为40μm)进行了仿真,所产生的阵列光束都垂直于超表面器件。所提出的阵列贝塞尔光束发生器具有纳米级别的厚度和几十微米的直径,这对于未来的集成光学领域具有很大的应用前景。