近日，光电学院2021级硕士生任文波作为共同第一作者在美国光学学会旗下的国际权威期刊《Photonics Research》发表最新研究论文，该研究报道了一种基于硅光学相控阵列的自由空间光束整形和转向方法，通过改变相位组合可以形成不同的波束轮廓，而利用三次改变相位调制可以产生高阶准贝塞尔波束，具有非常重要的学术意义和应用价值。该项工作是由任文波、刘海鹏、胡建华三位同学在冯吉军教授、梁青青教授和詹其文教授的指导下完成，其所在的集成光子器件团队由冯吉军教授领衔，共同一作梁青青教授、冯吉军教授和光电院博士生刘海鹏分列第二、三作者，冯吉军教授为通讯作者。
自由空间光的操纵通常通过各种超表面和空间光调制器来实现。然而，需要外部光源来激发这些设备，使得完全的片上集成变得困难。集成光学相控阵通过在单个芯片上排布波导元件，实现了光学系统的小型化和多功能化。由于其独特的能力，在微米乃至纳米尺度上实现了光的路由和操纵，最近引起了广泛的关注。本研究创新性地提出不同于传统体光学的片上自由空间光束整形与调控，通过改变相位组合可以形成不同的波束轮廓。文章中对光束整形的原理、实验表征装置和实验结果进行了系统的研究。结果表明所产生的光束具有良好的传播稳定性，在粒子捕获和材料表面处理具有广泛应用，与诸多同类的工作相比，其表现出较高的稳定性和良好的可塑性。
硅基光学相控的实物图
硅基光学相控的制造流程
光场调控的理论仿真分析
模拟光束的偏转情况
仿真与实验的对比分析
我们已经成功地演示了一种用于自由空间光束整形和转向的硅基光学相控阵。通过对相位和振幅分布的分析，可以产生特殊的自由空间光束，包括但不限于高斯和准贝塞尔光束。结果表明，可以获得一个发散角约为0.1°的高斯光束，且具有大偏转角度。此外，可以产生具有立方相变组合的高阶准贝塞尔光束，显示出空心长度为∼0.77mm和FWHM约为8.5 μm。所提出的片上光束整形和转向方法的可有效性可为从光学通信到原子引导的应用打开大门。
地址链接:
[1] https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-11-12-2093&id=542642.