随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高，线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝，当均匀平面波入射时，会激发一个或多个波导模，从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输，由于基模的有效折射率和狭缝宽度有关，不同宽度的狭缝在出射端面处也将产生相位差。为了消除这些相位差，设计等宽度单模狭缝波导线形波带片，研究其在极紫外波段的聚焦效应，并建立相应的高斯型远场解析模型。通过有限元软件的数值模拟，确认了基模的高斯型模式场分布，对基模的菲涅耳衍射积分计算则进一步确认了远场解析模型的有效性。作为一个例子，设计了一个等宽度单模狭缝波导线形波带片，并计算了其在焦平面归一化的一维光场分布。
衍射 线形波带片 波导 极紫外 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522004
深圳大学纳米光子学研究中心，微纳光电子学研究院，异质异构集成全国重点实验室，广东 深圳 518060
超表面是一种具有灵活的偏振操纵功能的新型材料。为了获得远场偏振全息图像，通常需要添加透镜等光学元件。笔者利用超表面波带片的灵活偏振操纵及聚焦功能实现了一种新颖的远场偏振全息加密技术。在该技术中，两个自旋复用的超表面波带片被集成到单个介质超表面器件中，其中超表面的振幅（右旋圆偏振转化率）用来编码奇数和偶数环形区域的波带片，而其相位调制则用来编码透射右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的两个全息图。此外，二维码（QR码）和振幅型/相位型全息图用于进一步隐藏加密信息，以提高信息的安全性。所提加密技术有望进一步提升数据安全性和隐私保护水平，推动光学信息加密和高密度数据存储等领域的技术发展。
表面光学 超表面波带片 远场偏振全息加密 QR码 全息 中国激光
2023, 50(18): 1813015
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院电工研究所，北京 100190
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源，上海 201800
针对X射线波带片对大高宽比的应用需求，采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构，再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片，实验上利用原子层沉积在直径为72 μm的金丝表面交替沉积了10.11 μm的Al2O3/HfO2多层膜，环带数为356，总直径为92.22 μm，最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08 μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源（BL08U1A）软X射线成像线站时，在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能，展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。
X射线菲涅耳波带片 原子层沉积 聚焦离子束 大高宽比 多层膜 光学学报
2023, 43(11): 1134001
空心高斯光束是一种不携带轨道角动量的空心光束，它的暗斑尺寸较小，函数公式简单，在原子引导、粒子操控、光通信等领域具有潜在应用价值。近年来，关于波带片的研究不断深入，通过使用等效光瞳函数理论，说明了波带片的焦平面复振幅分布函数正比于其等效光瞳函数的傅里叶-贝塞尔变换，可以通过此关系设计产生空心高斯光束的波带片。作为一个应用，分别计算了用来产生一阶、三阶、六阶空心高斯光束的波带片的等效光瞳函数，据此设计了这三个波带片的结构参数，并研究了改变波长和焦距对波带片结构参数和暗斑尺寸的影响。基于瑞利-索末菲衍射积分对这三个改进型菲涅耳波带片的焦平面光场进行仿真模拟，仿真结果与预期相符，验证了使用等效光瞳函数法设计波带片的可靠性和精确性。
衍射光学 菲涅耳波带片 空心高斯光束 光学成像 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0905002
清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
提出一种基于螺旋波带片的无透镜编码边缘增强成像技术，用螺旋波带片和图像传感器组成成像系统，对拍摄的图片进行反向传播重建。在反向传播中，取强度值可实现各向同性边缘增强成像，取实部或虚部可实现各向异性边缘增强成像。对取实部实现各向异性边缘增强成像进行理论推导，引入初始相位因子实现方向可选择的各向异性边缘增强成像。数值模拟和实验验证了理论分析与实验结果的一致性。对基于菲涅耳波带片、螺旋波带片的无透镜成像系统的边缘增强重建结果进行定量对比分析，结果证明基于螺旋波带片的无透镜成像系统更适用于边缘增强成像。所提技术在缺陷检测、智能识别和虚拟现实技术等领域具有广阔的应用前景。
无透镜成像 边缘增强 螺旋波带片 编码掩模 图像重建 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811022
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
衍射光学元件已广泛应用于光学传感、光通信、计算成像、激光光束整形、生物医学、光学数据存储等领域。首先，总结归纳了基于标量衍射理论衍射光学元件在各个阶段的发展脉络，衍射光学元件的发展可分为菲涅耳波带片、全息图及相息图、二元光学元件及衍射光学元件四个阶段，针对各阶段衍射元件分别分析其设计原理、结构特点、加工难度、衍射效率及在现实中应用可能性。其次，对基于矢量衍射理论衍射光学元件进行概述。最后，对当前衍射光学元件在传统和新型成像系统及非成像系统中的应用进行总结，整理出当前衍射光学元件发展中存在问题并根据对应问题给出未来发展趋势的预测，能够对今后衍射光学元件的研究有一定指导意义。
衍射 光学元件 菲涅耳波带片 全息图及相息图 二元光学元件 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0700002
首先综述了当前X射线透镜的分辨率和效率的水平,预测并讨论了发展我国波带片透镜、赶超国际先进水平的技术路径图。在原有100 nm分辨率波带片和会聚透镜工艺基础上,综述了电子束光刻结合金电镀进一步发展30~70 nm分辨率的X射线波带片的最新进展。在研发30 nm分辨率的波带片中,电子束光刻中的邻近效应严重限制了波带高宽比,而现有商业软件(基于蒙特卡罗模型和显影动力学)的邻近效应修正在同时处理从微米到30 nm的各种图形时效果甚微。为此,本团队针对70 nm分辨率的硬X射线波带片采用了图形修正法,实现了20∶1的波带高宽比,针对50 nm分辨率的硬X射线波带片采用了分区域修正法,获得了15∶1的波带高宽比;30 nm波带片透镜的金属化摒弃了传统的直流电镀工艺,采用脉冲金电镀,实现了金环均匀电沉积,成功研制了30 nm分辨率的软X射线波带片透镜和30~100 nm的大高宽比分辨率测试卡。所有研制的波带片透镜在上海同步辐射装置得到了X射线光学成像验证。
光学学报
2022, 42(11): 1134005
提出了一种多焦点人工晶体的设计方法，即将达曼波带片作为光学部刻入单焦点人工晶体表面。达曼波带片由一系列的同心圆环构成，是将达曼光栅的位相调制思想引入传统波带片而形成的一种实用光学元件。经过对衍射级次的调制，它能在聚焦透镜后方光场处产生一系列的轴向焦斑分布。通过结合不同数值孔径的聚焦透镜，焦斑的强度分布也会有一定比例的变化。通过理论模拟和实验验证，为多焦点人工晶体的制作提供了一种有效的设计方法。该多焦点人工晶体拥有五个焦点，能够同时提升白内障患者在不同距离视物时的视力，并为他们提供更加清晰细致的成像效果。
衍射 达曼波带片 人工晶体 多焦点 大焦深 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0733001
