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助力量子通信!KAUST团队首次实现从光纤中产生高阶贝塞尔光束

8月22日,来自沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的一个团队展示了一种基于全光纤的产生贝塞尔光束的方法,该方法可用于从光阱到量子通信的应用。

贝塞尔光束看起来与光学中常见的高斯光束非常不同。它们具有“自愈性”和无衍射传播特性,并能携带轨道角动量(OAM)。然而,贝塞尔光束的产生却并不那么容易。为了将高斯光束转换为贝塞尔光束,需要使用空间光调制器或锥形轴类元件。

而如今,KAUST团队通过实验证明,一种定制设计的光纤可以按需产生特定的贝塞尔光束。

据悉,使用传统技术产生贝塞尔光束需要耗费占空间、昂贵的光学元件,并且需要精确对准。而如果选择上述基于光纤的解决方案,就可以获得一个紧凑的贝塞尔光束发生器,它可以预先对准,即使在偏远和狭窄的空间(如内镜应用)中,也可以产生这些光束。

这种基于光纤的贝塞尔光束能够实现一系列创新应用,如微创内镜探头、光学相干断层扫描、基于光纤的光学捕获和微观粒子的操纵。

该团队使用了双光子光刻技术,该技术能够3D打印复杂的光学结构,直接在单模光纤尖端制造特殊的光束成形元件。该团队的设计有三个部分,共同有效地对齐和转换常规的高斯光束到环形光束,最后产生期望的顺序和OAM值的贝塞尔光束。

研究人员指出,他们的设计能够产生零级和高阶贝塞尔光束,并且能够完全可控地调整光束的参数,如无衍射传播距离或中心峰值/节点的宽度。值得注意的是,他们首次实现从光纤中产生高阶贝塞尔光束。

该团队已经使用TPL以其他方式定制光纤,包括创建偏振分光器、微透镜组件和光镊。在光纤末端制造更加复杂的光学器件,使它们能够提供复杂的功能,将是该团队持续攻关研究的主要方向之一。

虽然研究人员开发了将单模光纤的标准类高斯光束输出转换为更复杂的光学模式的方法,但他们表示,这也可以应用于多模光纤,以扩大模式转换的可能性。

研究人员预计,这种方法将对光学和量子通信、基于光纤的传感器、显微镜、光谱学和光阱等应用产生积极的影响。

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