西北工业大学物理科学与技术学院，光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注，在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性，通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法，通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控，构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发，总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展，包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段，并分析了其传输和调控机理。
光场调控 无衍射光束 贝塞尔光束 光传输 光学学报
2024, 44(10): 1026001
西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室， 陕西 西安 710129
为了满足长波红外（LWIR）热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求，基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器，设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化，采用常见的硫系玻璃，工作波段为8~12 μm，总长为200 mm，仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面，可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正，同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明，该系统结构紧凑，可以在40~60 ℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦，并且全程成像质量良好（调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3），变焦和公差也具有良好的可实现性。
光学设计 红外变焦系统 长波红外 像质评价
西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器，结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性，提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成，采用氟化钙和熔融石英两种材料，工作波段为0.24~0.27 μm，连续变焦范围为40~100 mm。分析结果显示，该系统在整个变焦范围内，奈奎斯特空间频率在11 lp/mm处的调制传递函数值均高于0.7，全视场畸变小于0.06%，表明该设计方法能够满足日盲紫外连续变焦系统结构简单、体积小、像质优良、像面稳定等设计和刑侦检测使用要求，对此类光学系统的设计具有一定借鉴意义。
光学设计 混合光学系统 Q型非球面 日盲紫外光 变焦光学系统
1 西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
2 兰州理工大学理学院，甘肃 兰州 730050
本文研究了金属光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合共振特性。利用时域有限差分法模拟了一维金光栅/单层二硫化钨混合结构的光谱响应及电场强度分布。结果表明，金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子耦合可产生光谱劈裂。当改变金光栅的结构参数时，混合结构的反射光谱出现了明显的反交叉现象。采用时域耦合模理论拟合了混合结构不同参数时的反射光谱，拟合结果与数值模拟符合较好。金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合作用满足强耦合判据。耦合振荡器模型分析结果表明，当金光栅周期为400 nm、宽度为300 nm时，混合结构强耦合光谱的拉比劈裂为54.6 meV，其与时域耦合模理论结果一致。该工作将为表面等离激元与激子强耦合作用的深入研究与器件开发开辟新途径。
表面等离激元 一维金光栅 二硫化钨 激子 强耦合
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
Based on the transverse-longitudinal mapping of Bessel beams, we propose a simple method to construct a self-similar Bessel-like beam whose transverse profile maintains a stretched form during propagation. Specifically, the propagating-variant width of this beam can be flexibly predesigned. We experimentally demonstrate three types of self-similar Bessel-like beams whose width variations are linear, piecewise, and period functions of propagation distance, respectively. The experimental results match well with the theoretical predictions. We also demonstrate that our approach enables the generation of self-similar higher-order vortex Bessel-like beams.
Bessel beams self-similarity transverse-longitudinal mapping Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 022601
光场调控和信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
随着大数据时代的到来，空间光通信已被广泛应用于各种通信系统中，但随之而来的是容量瓶颈的挑战。基于光场频率、时间、偏振、横向空间模式等维度调控的信息编解码方法在解决容量问题方面展现了优异性能，但光场的纵向维度却未被应用于信息编解码。针对此问题，本文提出了一种基于电介质超表面的光场纵向维度信息编解码新方法，基于四原子结构的几何相位和传输相位联合调控，实现了透射场自旋相关的复振幅调控。同时，利用光学冻结波原理产生了轨道角动量模式叠加态的纵向可控变化，并验证了光场模态的纵向调控能够以指数级提升信道中的模态容量。纵向维度作为一个全新的编码自由度，有望进一步提高自由空间光通信性能。
表面光学 超表面 纵向调控 复振幅 编码 中国激光
2023, 50(18): 1813013
光学学报
2023, 43(16): 1623000
1 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
2 西北工业大学光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西 西安 710129
表面等离激元因其极强的束缚光场能力，成为亚波长尺度下研究光与物质相互作用的理想平台，也是构建未来小型化、低功耗、高便携光电子器件的核心单元。更多维度、更加精确和灵活地调控等离激元的模式性质对推动其基础和应用研究至关重要。近年来，光场调控技术的发展，拓展了人们利用光场的维度，也赋予光场更强大的操控等离激元模式的能力。本文简述了矢量光场与等离激元模式作用的基本理论与物理机制，回顾了近年来矢量光场调控等离激元模式激发、耦合和远场辐射的研究进展，并介绍了相关研究在增强光谱、纳米颗粒光捕获、纳米位移传感等方面的应用。
表面等离激元 矢量光场 模式耦合 单向散射 光学学报
2023, 43(16): 1623002
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
We numerically demonstrate that the tight focusing of Bessel beams can generate focal fields with an ultra-long depth of focus (DOF). The ultra-long focal field can be controlled by appropriately regulating the order of the Bessel function and the polarization. An optical needle and an optical dark channel with nearly DOF are generated. The optical needle has a DOF of and a super-diffraction-limited focal spot with the size of . The dark channel has a full-width at half-maximum of and a DOF of . Furthermore, the oscillating focal field with an ultra-long DOF can be also generated by merely changing the order of the input Bessel beam. Our results are expected to contribute to potential applications in optical tweezers, atom guidance and capture, and laser processing.
Bessel beam vector beam tight focusing depth of focus Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 072601
