【48812】微型可调式艾里光束超构器材

  艾里光束因其共同的性质（例如无衍射、自加快和自修正）而引发了广泛的研讨爱好。自被发现以来，人们对可调谐艾里光束的需求继续不断的添加，相关研讨一直在有序推动，这中心还包括光学操控和激光加工。光镊一般由紧聚集的高斯光束完成，以发生光学梯度力，该力被用于将粒子约束在几微米的有限范围内，这主要是因为瑞利长度相对较短。比较之下，艾里光束经过对其传达轨道的准确操控，可以沿着指定途径对空气或液体中的粒子进行光学操作，并具有穿越障碍物的才能。这些光束还可以在必定程度上促进满意所需曲率的外表的加工，以增强激光制作的适应性。

  发生艾里光束的办法一般触及杂乱且贵重的光学器材，如杂乱的光学透镜体系和空间光调制器（SLM）。这些技能供给了完成可调谐艾里光束的途径。经过调整柱面望远镜体系的歪斜视点，杂乱的光学透镜体系可以生成可调谐艾里光束；SLM经过履行像素级相位改动来生成可调谐艾里光束。虽然这一些办法在完成对艾里光束的某些特定的程度操控方面具有优势，但每种办法都有相应的缺乏。杂乱的光学设备在完成准确对按时难免会遇到困难；SLM则面临着转化功率低、分辨率有限以及与入射偏振和功率相关的约束等问题。因为采用了粗笨的元件，这些技能也难以完成紧凑和集成的光学体系。

  在这项作业中，香港城市大学的蔡定平教授和哈尔滨工业大学（深圳）的肖淑敏教授联合提出了一种新办法，运用双层全介质超构器材生成可调谐的艾里光束。该办法经过整合和旋转多种精心设计的相位面完成，包括立方相位和两个离轴菲涅尔透镜相位面。经过旋转这两个超外表来动态地操作艾里光束的轨道，详见图1。试验成果与理论猜测的艾里光束的强度散布和传达轨道高度符合，验证了这一超构器材的可行性和灵活性。

  图2 超构器材的表征。(a)纳米天线的光学特性。当直径从 50 nm 改动到 113 nm 时，该相位可以包括完好的 2π 周期，一切选定的纳米天线%。插图是纳米天线的示意图。(b, e) 榜首片 (b)和第二片(e)超外表的相位散布。（c，f）别离依据（b）和（e）中的相位散布所加工的超外表的光学显微镜相片。(d, g)所丈量的超外表的相位散布。比例尺：200 μm。相位散布运用上海复享光学的MetronLens 做丈量。(h) 超构器材的扫描电子显微镜 (SEM) 图画。比例尺：100 μm。(i) 超外表（蓝色方块）扩大 SEM 图画。比例尺：0.5 μm。

  图3超构器材的仿真和试验成果。(a)当两个超外表的旋转视点均为零时，两个超外表叠加时取得的相位。(b)当旋转视点设置为(a)时的仿真成果，(c)试验成果。(d)当旋转视点别离为-π/2和π/2时，两个超外表叠加时取得的相位。(e)旋转视点设置为(d)时的仿真成果，(f)试验成果。

  图4超构器材的试验成果。(a)当改动超外表的旋转视点时艾里光束的不同焦点散布。理论上可完成的区域标记在两个虚线(a)中挑选的不同方位焦点的强度散布，并由相同色彩的方框表明。比例尺：20μm。

  与传统的透镜组体系或空间光调制器比较，所展现的超构器材明显减少了操作杂乱性和体积厚度。一起，它可以轻松转移到其他作业波段，而不受偏振或其他方面的约束。它具有小型化、易集成和易操控的优势，可以与其他光学设备兼容，在光镊、激光加工等使用中具有巨大潜力。该作业以“Miniature tunable Airy beam optical meta-device”为题作为封面文章宣布在Opto-Electronic Advances（光电发展）2024年第2期。

  肖淑敏，哈尔滨工业大学（深圳）教授，国家杰青，Optica Fellow。研讨团队主要是做微纳光学和光电芯片的研讨。近年来在世界刊物和会议上宣布相关的优异原创论文140余篇，其间Nature2 篇、Nature Materials等40余篇，合著专著一部，多篇文章单篇他引超越200次。

  蔡定平，香港城市大学电机工程学系讲席教授，博士生导师，多年来致力于纳米光子学及光电物理范畴前沿的试验与理论作业，积累了丰厚的研讨成果。在Science, Nature Nanotechnology, Physics Review Letters, Advanced Materials, Science Advances, Light: Science & Applications, Nature Communications, Nano Letters, Nano Energy等世界期刊宣布论文共375篇、专书（或专书节章）及会议论文共65 篇、技能陈述及其它论文共39篇、国内外（美国、加拿大、日本及德国）专利共45项（69个）。先后中选我国光学学会(COS)、美国科学促进会(AAAS)、美国物理学会(APS)、世界电子电机工程师学会(IEEE)、光学学会(Optica)、世界光电工程学会(SPIE)、电磁科学院(EMA)、日本使用物理学会(JSAP) 、和亚太人工智能学会(AAIA)的会士(Fellow)。也先后中选亚太资料科学院(APAM)院士、俄罗斯世界工程学院(IAE)院士和美国国家发明家科学院(NAI)院士。曾荣获四十多项荣誉与奖赏，包括：2020年度和2018年度我国光学十大发展、2020年和2019年全球高被引科学家(Web of Science Group/ Clarivate Analytics)、2018年世界光电工程学会(SPIE)墨子奖，以及多届世界学术会议最佳论文奖。迄今在世界会议作过340余次特邀陈述（包括30 场全员会议和 62 场主题讲演），是科学发展（Science Advances）的副修改、光子学谈论（Photonics Insights）及光：先进制作（Light: Advanced Manufacturing）的修改，也担任12个世界期刊的修改委员，多项世界闻名期刊的文章审稿人。