微型可调谐艾里光束光学元器件
艾里光束因其独特的性质(如无衍射、自加速和自修复)而引起了广泛的研究兴趣 。自发现以来，随着对可调谐艾里光束的需求不断增加，研究一直在系统地推进，包括光学操纵和激光加工 。光学捕获通常是通过紧密聚焦的高斯光束产生光学梯度力来实现的，光学梯度力用于将粒子限制在几微米内，这主要是由于瑞利长度相对较短 。相比之下，艾里光束通过精确控制其传播轨迹，可以沿指定路径光学操纵空气或液体中的粒子，并具有穿越障碍物的能力 。这些光束还可以促进具有所需曲率的表面的加工，以增强激光制造的适应性 。
文章插图
产生艾里光束的方法通常涉及复杂且昂贵的光学设备，例如复杂的光学透镜系统和空间光调制器(SLM) 。这些技术提供了实现可调谐艾里光束的途径 。复杂的光学透镜系统可以通过调整柱面透镜系统的倾斜角度来产生可调谐艾里光束 。SLM 通过执行像素级相位变化来实现可调谐艾里光束 。尽管这些方法在对艾里光束进行一定程度的控制方面具有优势，但每种技术都有其相应的缺点 。复杂的光学装置在实现精确对准时不可避免地会遇到困难 。SLM面临着转换效率低、分辨率有限、入射偏振和功率限制等问题 。由于使用笨重的元件，这些技术也难以实现紧凑的集成光学系统 。
目前，已有多项研究重点关注利用超表面生成艾里光束 。例如，通过将立方相位与不同的透镜轮廓相结合，可以产生具有不同轨迹的各种艾里光束 。此外，将立方相和梯度相集成到单个超表面中可以精确控制艾里光束的轨迹 。尽管当前研究展示了多种方法来操纵有限空间内艾里光束的传播轨迹或焦点位置，但生成的艾里光束的实时调整仍然具有挑战性 。
本文的作者提出了一种利用双层全电介质元器件生成可调谐艾里光束的新颖方法 。该方法涉及积分和旋转精心设计的相位分布，包括三次和两个离轴菲涅尔透镜相位分布 。如图 1 所示，通过这两个超表面的旋转动态操纵艾里光束的轨迹，实现了艾里光束生成的可调性 。我们对概念验证元设备进行实验研究，以验证其可行性和灵活性 。这些实验结果与理论上预测的艾里光束的强度分布和传播动力学非常吻合 。
【微型可调谐艾里光束光学元器件】这种调整艾里光束焦点和传播路径的技术将能够促进光学操纵和激光制造 。通过调整这些相位分布的参数，可以轻松定制艾里光束传播轨迹和覆盖范围的操控能力 。这种方法有效增强了艾里光束的调制灵活性，而无需增加设备占地面积 。通过压电实现的超表面的实时旋转进一步增强了这些超设备的可调谐性和灵活性 。与传统的倾斜圆柱形伸缩系统或 SLM 相比 ， 所演示的元设备显着降低了体积厚度和操作复杂性 。这可以帮助我们更好地利用艾里光束的三个独特特征：无衍射、自加速和自修复 。此外，它可以无缝适应其他工作频段，而不受极化或其他限制的约束 。利用小型化和直接控制的优势，所提出的元设备与各种光学设备兼容，并为各种应用带来了巨大的希望 。
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