成像专题 | 基于超表面实现纵向定制化的弯曲矢量涡旋光束 (LPR)
基于超表面实现纵向定制化的弯曲矢量涡旋光束
本期导读
超表面（metasurfaces）的出现给涡旋光束的产生和处理带来了显著变化，引起了广泛的研究兴趣。同时，传播光束的纵向变化特性为实现多维光学操作提供了新的设计自由度，并促进了显微检测、微加工和生物医学应用等相关领域的进展。此外，自加速贝塞尔光束由于其无衍射、自愈合和避障特性，在粒子操纵和医学等广泛的应用前景广阔。
图1. 基于超表面生成的纵向可定制光束示意。当x线偏振光入射时，出射偏振态和轨道角动量随传播距离变化的弯曲高阶贝塞尔光束。所产生光束的偏振角随传播距离的变化而旋转（偏振演化轨迹在庞加莱球上表示），不同传播距离下的轨道角动量也发生了变化。
技术路线
图2. 产生纵向可定制光束的原理示意。(a)生成编码到超表面的所需相位组成；(b)纵向轨道角动量变化的原理图。利用空间划分法，将不同的拓扑电荷数加载在不同的半径上，从而实现了轨道角动量在传播过程中的变化；(c)轨迹弯曲原理。
图3. 仿真及实验结果对比。(a)-(f)样品1的仿真和实验强度分布图；(g)-(l)样品2的仿真和实验强度分布图。红色和蓝色的箭头表示输入光和输出光的偏振态。
技术小结：该研究工作实现了对光束的多维度纵向调控，可以实现偏振态、轨道角动量以及传播轨迹的纵向改变，为光束操纵提供了更多的设计自由度。该方法未来可以应用于复杂环境中的深度传感和距离测量，通过对光束轨迹和轨道角动量的控制实现避障的功能，进一步促进了结构光在光通信、光-物质相互作用和检测等领域的应用。
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J. Yang, R. Zhao, Y. Li, C. Tian, X. Ji, X. Li, J. Li, Y. Wang, L. Huang, Transformation of Longitudinally Customizable Curved Vector Vortex Beams Using Dielectric Metasurface. Laser Photonics Rev 2024, 2400226.
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