Nouvelles

Jan 05, 2024

Axicon spiralé diffractif à cristaux liquides plats et variables permettant une génération parfaite de faisceaux vortex

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2385 (2023) Citer cet article

745 accès

7 Altmétrique

Détails des métriques

Un axicon spiral diffractif variable transparent (DSA) basé sur une seule cellule LC est présenté. Le DSA fabriqué peut être commuté entre 24 configurations différentes, 12 convergentes et 12 divergentes, où l'angle de sortie varie en fonction de la charge topologique appliquée. La zone active du dispositif est créée à l'aide d'une technique d'écriture laser directe dans des substrats de verre revêtus d'oxyde d'indium-étain. Le cristal liquide est utilisé pour moduler la phase du faisceau entrant générant les différentes configurations DSA. Le DSA consiste en 24 électrodes transparentes en forme de spirale entraînées individuellement, chacune introduisant un retard de phase spécifique. Dans cet article, la fabrication et la caractérisation du DSA accordable sont présentées et les performances du DSA sont démontrées expérimentalement et comparées aux simulations correspondantes.

Les lentilles accordables sans pièces mobiles sont capables d'ajuster la distance focale en modulant spatialement le trajet de la lumière. Plusieurs techniques pour obtenir un changement de focalisation sont proposées dans la littérature1,2,3,4 et celles-ci ont une large gamme d'applications, y compris les écrans5, les communications6, les télescopes7, les lunettes8 ou la microscopie9. Dans toutes ces applications, il est souhaitable de réduire l'encombrement et le poids tout en diminuant la complexité des lentilles traditionnelles à pièces mobiles10. La large gamme d'applications des éléments adaptatifs a créé un intérêt croissant pour la conception et la fabrication de lentilles accordables.

Une façon de régler une lentille sans changer sa courbure consiste à utiliser un cristal liquide nématique (LC). Lorsque le front d'onde entrant traverse le dispositif LC, sa phase est décalée en fonction de l'orientation des molécules LC suite à l'application d'un champ électrique externe. Ces dispositifs LC sont utilisés pour fabriquer des dispositifs à phase plate uniquement n'affectant pas les autres caractéristiques du faisceau11. Selon la répartition de ce champ électrique le long du matériau anisotrope, la lentille peut être convergente (positive) ou divergente (négative)12. Une pléthore de différentes lentilles LC telles que des électrodes à trou et anneau13, des lentilles de Fresnel diffractives14 et des dispositifs multi-électrodes complexes15 ont été présentées. Ils sont tous caractérisés par une taille de diamètre limitée, une plage de réglage focalisée et/ou une complexité de fabrication.

Un axicon est une lentille conique qui génère un motif annulaire à partir d'un faisceau de lumière collimaté entrant. Les axicons ont été décrits pour la première fois dans la littérature16 comme un élément capable d'imager une source ponctuelle dans une plage de points sur un segment de ligne le long de l'axe optique. La longueur de ce segment est appelée profondeur de champ (DOF).

L'axicon a été largement étudié en raison de son nombre d'applications. Comme un axicon peut générer des anneaux annulaires, il peut être utilisé pour piéger des particules à l'intérieur de son image17,18. D'autres applications peuvent être trouvées comme la gonioscopie19, le micro-forage20 ou la tomographie21.

Alors que les systèmes traditionnels contrôlent la profondeur de champ par l'apodisation de la pupille22, d'autres utilisent des axicons réflexifs accordables capables de modifier la longueur du DOF23,24 pour obtenir les mêmes résultats. Alternativement, le DOF peut être rendu accordable en ajoutant une lentille convexe supplémentaire avant un axicon. La modification manuelle de la distance entre la source lumineuse et la lentille convexe, ou la distance entre l'axicon et la lentille, introduit une modification de l'angle d'entrée de l'axicon, entraînant une variation de l'angle de sortie, c'est-à-dire une variation du DOF25.

Des axicons diffractifs basés sur des cristaux liquides ont été récemment présentés26,27,28, la plupart sont basés sur des modulateurs spatiaux de lumière réfléchissants (SLM)27,28, tandis que d'autres sont fondés sur des électrodes spécialement conçues, mais avec une liberté de réglage limitée pour adapter un profil de phase parfait26.

Dans ce travail, le premier axicon spiralé diffractif LC transparent spécifiquement développé (DSA) est présenté, capable d'émuler le comportement d'un axicon diffractif variable, n'utilisant que 24 électrodes avec un contrôle de profil de phase complet. Le faisceau lumineux de sortie DSA présenté portera un moment cinétique orbital (OAM) caractérisé par un front d'onde en spirale. L'axe central du faisceau, après le passage de la lumière à travers le dispositif, contiendra toutes les phases allant de 0 à 2π. Ainsi, un point singulier, où se produit une interférence destructrice, se formera dans tous les plans transversaux29. Par conséquent, le dispositif développé agit intrinsèquement comme générateur de faisceaux vortex.

Un faisceau vortex reçoit un nombre, appelé charge topologique, en fonction du nombre de torsions que la lumière fait dans une longueur d'onde. Cette charge topologique peut être positive ou négative, en fonction de la torsion. Plus le nombre de torsions est élevé, plus la phase de la lumière tourne rapidement autour de l'axe.

La manière conventionnelle de générer un vortex optique consiste à utiliser une plaque de phase en spirale (SPP)29. L'éclairage d'une combinaison d'un SPP et d'un axicon idéal avec un faisceau gaussien forme un faisceau gaussien de Bessel (BG) portant l'OAM avec une singularité au milieu30,31. Les faisceaux BG peuvent également être obtenus par illumination directe d'un DSA.

L'ajout d'une lentille dans un faisceau gaussien de Bessel conduit à la transformation de Fourier du champ30,32. Cette transformation optique se traduit par un motif en anneau brillant avec un trou noir. En modifiant la charge topologique du faisceau gaussien de Bessel, l'ensemble du système agit comme un générateur de faisceau vortex parfait (PVB). Les PVB sont des faisceaux vortex caractérisés par le transport de différents OAM sans modifier leur rayon d'anneau d'intensité33,34. Les PVB sont pertinents dans de nombreuses applications, en particulier dans les communications optiques35,36 car le système peut propager différents OAM tout en maintenant constant le modèle d'intensité facilitant le couplage et la détection de la lumière.

À la connaissance des auteurs, le dispositif présenté est le premier DSA accordable construit à cet effet, composé d'une seule cellule LC avec une zone active pixélisée en forme de spirale. L'axicon diffractif peut être commuté entre vingt-quatre configurations, correspondant à douze charges topologiques (positives et négatives) donnant lieu à un ensemble équivalent de 24 angles au sommet émulés correspondants différents. Le dispositif est caractérisé par son facteur de remplissage élevé, conduisant à une transmission élevée, comme présenté dans les données supplémentaires.

Un axicon de réfraction idéal a une structure conique. Comme dans une lentille de Fresnel, un enroulement de phase sur 2 peut être effectué37 résultant en un axicon diffractif blazé (Fig. 1a, c). En divisant le cône en sections périodiques et en appliquant un enroulement de phase de 2π, un profil de phase blazé radial est obtenu. Pour augmenter l'angle de sortie (α) pour une longueur d'onde donnée (λ), la pente du cône peut être augmentée, ce qui correspond à la diminution du pas du réseau blazé (Δ) (Fig. 1b, d) similaire à un réseau blaze diffractif linéaire38.

A gauche, représentation de deux axicons blazés convergents enroulés sur une plage de 2π. A droite, représentations d'axicons flambés divergents. Les deux rangées différentes montrent deux pas de réseau différents (Δ). L'insert montre la distribution discrète des pixels et le pas des pixels (p).

Un profil de phase en dents de scie crée un faisceau de 1er ordre de diffraction avec un angle de diffraction donné par la longueur d'onde du faisceau entrant divisée par la largeur du pas blazé39. Pour rendre cette structure de phase adressable, il faut la discrétiser en pixels indépendants. Dans cette structure discrète, le pas minimum, c'est-à-dire l'angle de déviation maximum, est obtenu dans une configuration de phase binaire constituée d'électrodes avec un retard de phase alterné de 0 et π.

Le dispositif précédemment décrit produit une diffraction d'ondes coniques du premier ordre, se traduisant par une forme annulaire dans le champ lointain20. Selon l'application, le pic de diffraction d'ordre zéro peut être bloqué physiquement. Dans le cas de la mise en œuvre de l'axicon avec un SLM, on l'élimine généralement en le défocalisant au niveau du plan de traitement avec l'hologramme informatique40.

Lorsqu'un faisceau lumineux frappe un axicon, ses rayons sont courbés au même angle (α), par rapport à la lentille normale, générant l'onde conique. Selon la configuration du réseau blazé, l'axicon peut agir comme une lentille convergente ou divergente (Fig. 1a, c).

Un axicon convergent génère un faisceau de Bessel, parfois dit faisceau « non diffractif », avec un profil transversal où le centre du faisceau ne change pas d'amplitude et il est entouré d'anneaux concentriques de moindre intensité41. Les faisceaux de Bessel se caractérisent par une profondeur de champ allongée. Les faisceaux de Bessel d'ordre supérieur transportent l'OAM au prix d'une perte d'énergie dans le lobe central42.

Le champ électrique d'ordre n du faisceau de Bessel est défini par :

où A est l'amplitude du champ électrique et Jn est la fonction de Bessel d'ordre n de première espèce ; kz et kr sont des constantes qui représentent les nombres d'onde longitudinal et radial. z, r et \(\mathrm{\varphi }\) correspondent respectivement aux composantes longitudinale, radiale et azimutale. Ainsi, la formation de cette distribution de champ électrique est le résultat de l'interférence d'ondes planes dont les vecteurs d'onde appartiennent à une surface conique43.

Dans une configuration convergente de largeur finie (Fig. 2), le faisceau quasi-Bessel est formé conduisant à la profondeur de champ (DOF) résultante, qui sera fonction du rayon du faisceau (\({r}_{beam}\)) et de l'angle de sortie (α) :

Diagramme de rayon axicon blazé montrant les paramètres pertinents.

Le rayon extérieur du motif annulaire résultant (r) est donné par :

Dans une configuration convergente, un motif de disque est généré avant la fin du DOF, tandis que le motif en anneau est formé au-delà de cette ligne focale. Une configuration divergente, dans laquelle le rayon entrant est dévié de l'axe de propagation à un angle (\(\mathrm{\alpha }\)), se traduit par un motif en anneau sur toute la distance de propagation. Le rayon de l'anneau extérieur pour une configuration divergente peut être défini comme :

L'axicon spiralé diffractif à cristaux liquides (DSA) présenté est basé sur une structure diffractive composée de pixels en forme de spirale (Fig. 3), facilement connectable à un champ électrique externe.

Schéma du profil de phase de l'axicon en spirale diffractive. Il est obtenu par l'addition d'un SPP et d'un axicon blazé pour différentes charges topologiques. (a) l = 1. (b) l = 2. On remarque comment un changement du profil de phase DSA implique une modification simultanée de la charge topologique (l) et du paramètre axicon (a).

Le profil de phase en spirale de l'axicon en spirale diffractif résulte de l'addition du retard de phase d'un SPP avec celui d'un axicon diffractif suivi d'un enroulement de phase d'environ 2π (Fig. 3). Une approche similaire a déjà été utilisée dans la génération d'axicons de masque de phase en spirale polymère33.

La fonction de transmission de phase d'un axicon diffractif en spirale (DSA) est décrite comme33 :

où l est la charge topologique, a est le paramètre axicon, r est la distance à l'axe optique et \(\uptheta\) est l'angle azimutal.

Le paramètre axicon et l'angle de sortie α, sont déterminés par le blaze pitch (\(\Delta\)) :

où \({k}_{r}= \frac{2\uppi }{\Delta }\), est connu comme le nombre d'onde radial, et k est le nombre d'onde lumineuse.

Le pas de spirale, \(\Delta\), est égal au pas de blaze. Il est obtenu en multipliant le nombre de pixels en forme de spirale par période par le pas de pixel (p). Dans d'autres travaux33, où l'axicon n'est pas accordable, le pas de la spirale, et donc a, est constant.

Dans le DSA accordable actuel, le nombre de pixels par période dépendra du nombre total de pixels (N) de l'appareil et de la charge topologique sélectionnée (l), donc \(\Delta\) est donné par :

Nous soulignons que si N et p sont des paramètres de conception, l est un paramètre reconfigurable déterminé par l'adressage DSA sélectionné.

Ainsi, le paramètre axicon et l'angle de sortie de ce DSA accordable (\({a}_{l}\)) peuvent être exprimés comme :

L'angle de sortie du DSA \({\alpha }_{l}\) dépendra de la charge topologique et du nombre d'électrodes. Dans un axicon réfractif conventionnel, l'angle de sortie est déterminé par l'angle au sommet et le matériau.

Dans le LC DSA, la qualité de l'axicon dépendra de l'approximation discrète du profil de phase de l'axicon continu, tandis que dans un conventionnel, la qualité du polissage est primordiale44. Par conséquent, dans le dispositif plat développé, la définition correcte des électrodes, le nombre élevé d'électrodes et leur étalonnage correct (rapport entre la tension appliquée et le déphasage produit) seront d'une grande importance.

Combiner les éq. (6) et (9) et en appliquant l'approximation paraxiale \({\alpha }_{l}={\mathrm{sin}}^{-1}\left(\frac{\lambda \cdot l}{p\cdot N}\right)\approx \frac{\lambda \cdot l}{p\cdot N}\), la fonction de transmission du DSA accordable développé peut être exprimée comme :

Ainsi, dans le dispositif conçu, l'angle de sortie (αl) et la charge topologique (l) changent intrinsèquement ensemble. Dans le dispositif final, comme chaque pixel de la zone active est piloté indépendamment, n'importe quel profil de phase peut être façonné, résultant en une série d'axicons diffractifs inter commutables.

Le DSA présenté diffère de l'axicon conventionnel car il génère intrinsèquement un faisceau vortex. Changer la configuration du profil de phase du DSA modifie la charge topologique du vortex. Par conséquent, dans le segment DOF, un faisceau de Bessel Gauss d'ordre élevé, plutôt qu'un faisceau de Bessel d'ordre zéro, est formé45.

L'axicon diffractif en spirale LC (DSA) est composé de deux substrats d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), dans une configuration de type sandwich. L'un des substrats ITO est utilisé comme fond de panier et l'autre est pixélisé à l'aide d'une technique d'écriture laser directe (DLW). Ce processus d'ablation est effectué par un laser UV monté sur une platine XYZ contrôlée par CNC (Lasing SA). Ce système permet des mouvements du substrat dans le plan XY tout en maintenant le foyer d'ablation dans l'axe Z avec une rétroaction en boucle fermée46.

La zone active est constituée de 24 lignes continues formant un ensemble de spirales d'Archimède concentriques (c'est-à-dire que les pixels ont la même largeur sur toute la zone active.), générant le contour de 24 pixels.

Le pas de pixel (p), c'est-à-dire la largeur conçue des pixels simples en forme de spirale, est de 30 μm et l'interpixel est < 3 μm29, ce qui donne un appareil avec un pas de spirale maximal de \({\Delta }_{l}= 720\mathrm{ \mu m}\) (l = ± 1 et N = 24) et un facteur de remplissage supérieur à 90 %.

Pour assurer un alignement uniforme des molécules de cristal liquide et du plan de commutation, les deux plans d'ITO sont recouverts d'un polyimide PIA-2304 (Chisso Lixon, Japon) par spin coating (30 s @ 2500 rpm) et frottés. L'épaisseur de la cellule LC est fixée à 7,2 µm à l'aide d'entretoises cylindriques en silice. Enfin, la cellule est remplie d'un cristal liquide nématique à haute biréfringence, MDA-98-16002. Le spectre de transmission du dispositif fabriqué est indiqué dans les informations complémentaires.

La structure en spirale des pixels atteignant la périphérie de la zone active facilite la connexion au conducteur de tension. Les interconnexions entre les pixels ITO et le connecteur flexible sont réalisées à l'aide d'un adhésif conducteur anisotrope (Hitachi Chemical, Japon).

Un pilote de modulation de largeur d'impulsion (PWM) 12 bits conçu en interne est utilisé pour l'adressage individuel des pixels29. Un signal carré de 5 Vpp, 51 Hz est modulé par des signaux PWM programmables, générant la tension RMS souhaitée pour chaque pixel.

Une image DSA est représentée sur la figure 4a. Le DSA a été calibré dans une chambre noire à température ambiante entre des polariseurs croisés à ± 45° par rapport à la direction de frottement. La relation entre le signal de tension RMS appliqué et le retard de phase induit par le LC a été déterminée à l'aide d'un éclairage laser He – Ne (λ = 632, 8 nm). La relation entre le retard de phase (\(\delta\)) et le rapport cyclique (dc) a été approchée à :

comme décrit précédemment29.

En haut (a), le dispositif développé. En bas, des micrographies montrant deux configurations DSA différentes entre des polariseurs croisés sous un éclairage en lumière blanche. (b) l = 2 (\(\Delta =360\upmu m\)). (c) l = 4 (\(\Delta =180\mathrm{ \mu m}\)).

Le DSA développé est un dispositif LC transmissif. Ainsi, le profil de phase introduit dans la lumière polarisée dans le plan de commutation LC peut être évalué en l'interférent avec le profil de phase non altéré du polariseur de lumière perpendiculairement à celui-ci. Ainsi, le profil de phase devient visible en plaçant le dispositif entre des polariseurs croisés, et en observant les couleurs d'interférence. Sur les figures 4b, c, deux micrographies de la zone active du DSA entre des polariseurs croisés sont présentées. De plus, le faisceau lumineux TC est conservé lors de toute transformation de phase à symétrie radiale, telle que la propagation de la lumière47.

Dans la Fig. 5, l'évolution d'un faisceau gaussien pour un DSA avec une configuration convergente fixe, avec une charge topologique de l = 6 correspondant à un pas de spirale de \({\Delta }_{l}=120\mathrm{ \mu m}\), a été simulée (comme décrit dans les données supplémentaires) et comparée aux résultats mesurés. La figure 5a montre la section efficace simulée de la propagation du faisceau diffracté. On peut clairement apprécier un segment d'intensité nulle le long de l'axe optique dans le DOF, correspondant à la singularité du vortex généré inhérent. De plus, cette singularité optique se manifeste également dans les figures expérimentales 5b, c, où le faisceau de sortie du DSA est enregistré directement dans le capteur de la caméra. Dans cette zone, le faisceau entrant est focalisé le long de la zone DOF et la distribution de puissance autour de la singularité est constante pour un l fixe. Le résultat est un diagramme de diffraction composé d'interférences concentriques positives et négatives. Le rayon extérieur du disque mesuré sur les Fig. 5b, c est de 2,8 mm et 1,6 mm, en accord avec les valeurs théoriques pour un rayon de faisceau d'entrée de 4,2 mm.

Évolution du faisceau pour un DSA convergent avec l = 6. (a) Propagation du faisceau simulée sur 150 cm. ( b – e ) Modèles d'intensité mesurés expérimentalement à z = 25 cm, 50 cm, 125 cm et 150 cm, respectivement. (avant JC). Le motif résultant a été projeté directement sur le capteur CMOS. (d–e). Le motif résultant a été projeté sur un écran millimétrique opaque. L'intensité a été normalisée individuellement dans chaque image de mesure.

Inversement, à mesure que la distance de propagation augmente au-delà de la zone DOF, le faisceau diffractif commence à diverger, ce qui donne une forme annulaire en forme d'anneau (Fig. 5c, d). Par conséquent, le diamètre de l'anneau augmente avec la distance de propagation. Le rayon de l'anneau extérieur mesuré sur la figure 5d, e est de 6, 5 mm et 8 mm, en accord avec les valeurs théoriques pour un faisceau d'entrée d'un diamètre de 8, 4 mm.

La figure 6 montre des modèles d'intensité pour différentes charges topologiques, à une distance fixe, illustrant la reconfigurabilité du dispositif fabriqué.

Résultats expérimentaux du DSA avec les simulations correspondantes (coin supérieur droit dans les lignes pointillées). (a) Configuration convergente avec l = 5. (b) Configuration convergente avec l = 7. (c) Configuration convergente avec l = 9. (d) Configuration divergente avec l = − 5. (e) Configuration divergente avec l = − 7. (f) Configuration divergente avec l = − 9. Les diagrammes de diffraction sont projetés sur un écran millimétrique et opaque à 150 cm du DSA. La caméra d'acquisition est focalisée sur l'écran. La charge topologique et le rayon de l'anneau extérieur résultant sont indiqués dans chaque image.

Dans la première rangée de la figure 6, des charges topologiques positives sont définies. Comme ces mesures le reflètent, il y a une croissance du diamètre de l'anneau à mesure que la charge topologique augmente. Les rayons mesurés sont cohérents avec le rayon extérieur théorique de l'Eq. (4), montrant que l'angle de sortie augmente avec le DSA TC comme prévu. La même conclusion peut être tirée en ce qui concerne les charges topologiques négatives. De plus, la figure 6 illustre également la concordance entre les mesures et la simulation.

En parallèle, cette figure confirme que le facteur de remplissage élevé d'axicon offre une grande efficacité dans le processus de diffraction. Néanmoins, l'efficacité diminue à mesure que la charge topologique augmente.

Sur la figure 7, le faisceau gaussien de Bessel généré par le DSA dans la zone de profondeur de champ est présenté. En conséquence, pour différentes charges topologiques, il existe un motif en anneau concentrique avec un point d'interférence singulier au milieu. Dans les sections agrandies, la séparation et la largeur des anneaux de motif BG changeant avec la charge topologique peuvent être observées. Le motif simulé pour chaque charge topologique est superposé dans la partie droite de la section agrandie de la Fig. 7, conformément aux résultats obtenus.

Diagramme d'intensité du faisceau de Bessel Gauss généré par le DSA à z = 50 cm pour différentes topologies par rapport aux résultats simulés correspondants (superposés dans la partie droite de la section agrandie). (a) l = 2. (b) l = 4. (c) l = 8. Les images montrent l'intensité lumineuse projetée directement sur le détecteur CMOS de la caméra à 50 cm de distance du DSA. Les rayons des pour les simulations et les mesures sont superposés.

Des faisceaux vortex parfaits (PVB) peuvent être générés en mettant en œuvre la transformation de Fourier d'un faisceau BG30, c'est-à-dire en insérant une lentille convergente après un DSA (dans une configuration convergente) à l'intérieur du DOF. Ainsi, le dispositif présenté peut être appliqué dans la génération de PVB. Cependant, étant donné que le dispositif développé modifie simultanément l'angle de sortie et la charge topologique, il est nécessaire de modifier la distance focale de la lentille convergente pour chaque PVB. Cela peut se faire soit en remplaçant la lentille, soit en utilisant une lentille multifocale plate reconfigurable telle que celle que nous avons présentée précédemment2.

La figure 8 montre des mesures expérimentales et des simulations d'une telle configuration convergente, utilisant des lentilles avec différentes distances focales en fonction de la charge topologique, placées à une distance fixe dans le DOF (z = 5 cm). On peut apprécier que lorsque le TC du DSA est modifié, un creux sombre avec un rayon constant brillant est généré. Par conséquent, en utilisant le DSA comme système de charge topologique accordable et en modifiant la lentille supplémentaire ou en utilisant une lentille multifocale, un faisceau vortex parfait pourrait être généré.

PVB projetés sur le capteur CMOS de la caméra comparés aux résultats simulés correspondants (superposés dans la partie gauche), générés en ajoutant une lentille à la sortie DSA à une distance z = 4 cm, avec une distance focale f dépendant de la charge topologique. (a) l = 4, f = 20 cm. (b) l = 8, f = 10 cm.

Un dispositif axicon spirale à diffraction variable, basé sur une structure à cristaux liquides nématiques, a été fabriqué et démontré par des résultats expérimentaux. Toutes ces expériences sont comparées à leurs simulations correspondantes. Le DSA fabriqué peut être réglé sur 24 configurations différentes, douze convergentes ou douze divergentes, où l'angle de sortie et la charge topologique sont réglés simultanément. Un facteur de remplissage très élevé est obtenu car l'espace entre les pixels (interpixel) est petit par rapport à la taille des pixels puisque la zone active est dépourvue d'électronique de pilotage. La singularité optique dans la configuration convergente, focalisée le long de l'axe optique, a été démontrée. Les simulations et les résultats expérimentaux montrent que le DSA fabriqué est capable d'effectuer des faisceaux vortex parfaits de telle manière que la charge topologique peut être réglée sans modifier la taille d'intensité annulaire.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié (et ses fichiers d'informations supplémentaires). Les codes de simulations sont disponibles sur demande auprès des auteurs.

Li, X. et al. Lentille de Fresnel binaire extensible pour le réglage de la mise au point. Sci. Rep. 6, 25348 (2016).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Geday, MA, Caño-García, M., Otón, JM & Quintana, X. Lentilles diffractives en spirale adaptatives - lentilles avec une torsion. Publicité. Opter. Mater. 8, 2001199 (2020).

Article CAS Google Scholar

Ren, H., Fan, Y.-H., Gauza, S. & Wu, S.-T. Lentille sphérique plate à cristaux liquides à mise au point réglable. Appl. Phys. Lett. 84, 4789–4791 (2004).

Article ADS CAS Google Scholar

Algorri, JF et al. Matrice de microlentilles multifocales à cristaux liquides accordables. Sci. Rep. 7, 17318 (2017).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Park, S. et al. Lentille ultra-mince à mise au point électrique pour des sous-pixels carrés haute résolution. Lumière Sci. Appl. 9, 98 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, H. et al. Métasurfaces diélectriques tout silicium indépendantes de la polarisation dans le régime térahertz. Photon. Rés. 6, 24 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Zhang, S. et al. Lentilles plates infrarouges moyennes à haute efficacité proche de la diffraction limitée basées sur des réseaux réflecteurs à métasurface. Opter. Express 24, 18024–18034 (2016).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Hasan, N., Banerjee, A., Kim, H. & Mastrangelo, CH Lentille à mise au point réglable pour lunettes adaptatives. Opter. Express OE 25, 1221–1233 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Wang, Z. et al. Lentilles plates à base de nanofeuillets de pérovskite 2D. Adv. Mater. 2001388, 9 (2020).

Google Scholar

Ghilardi, M., Boys, H., Török, P., Busfield, JJC & Carpi, F. Lentilles intelligentes avec astigmatisme réglable électriquement. Sci. Rep. 9, 16127 (2019).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Otón, JM, Otón, E., Quintana, X. & Geday, MA Dispositifs à phase uniquement à cristaux liquides. J. Mol. Liquide. 267, 469-483 (2018).

Article Google Scholar

Lin, Y.-H., Wang, Y.-J. & Reshetnyak, V. Lentilles à cristaux liquides à distance focale réglable. Cristal liquide. Rév. 5, 111–143 (2017).

Article CAS Google Scholar

Chiu, C.-W., Lin, Y.-C., Chao, PC-P. & Fuh, AY-G. Obtention d'une puissance de focalisation élevée pour une lentille à cristaux liquides à grande ouverture avec de nouvelles électrodes trou et anneau. Opter. Express 16, 19277 (2008).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Li, G. et al. Lentille diffractive mince commutable à grande ouverture avec motifs d'électrodes entrelacées. Appl. Phys. Lett. 89, 141120 (2006).

Annonces d'article Google Scholar

Beeckman, J. et al. Lentilles à cristaux liquides multi-électrodes accordables avec une étape de lithographie. Opter. Lett. 43, 271 (2018).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

McLeod, JH L'axicon : un nouveau type d'élément optique. J. Opt. Soc. Suis. 44, 592 (1954).

Annonces d'article Google Scholar

Shao, B., Esener, SC, Nascimento, JM, Botvinick, EL & Berns, MW Piégeage laser annulaire à réglage dynamique basé sur des axicons. Appl. Opter. 45, 6421 (2006).

Article ADS PubMed Google Scholar

Cheong, WC et al. Fabrication d'un microaxicon efficace par lithographie directe par faisceau d'électrons pour une longue distance non diffractante de faisceaux de Bessel pour la manipulation optique. Appl. Phys. Lett. 87, 024104 (2005).

Annonces d'article Google Scholar

Perinchery, S., Shinde, A. & Fu, C. et al. Système d'imagerie haute résolution de l'angle iridocornéen par gonioscopie assistée par lentille Axicon. Sci. Rep. 6, 30844. https://doi.org/10.1038/srep30844 (2016).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kuang, Z., Perrie, W., Edwardson, SP, Fearon, E. & Dearden, G. Microforage parallèle au laser ultrarapide utilisant plusieurs faisceaux annulaires générés par un modulateur spatial de lumière. J.Phys. Appl. Phys. 47, 115501 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Ding, Z., Ren, H., Zhao, Y., Nelson, JS et Chen, Z. Tomographie par cohérence optique à haute résolution sur une large plage de profondeur avec une lentille axicon. Opter. Lett. 27, 243 (2002).

Article ADS PubMed Google Scholar

Breen, T., Basque-Giroux, N., Fuchs, U. & Golub, I. Réglage de la résolution et de la profondeur de champ d'un objectif à l'aide d'un éclairage annulaire réglable. Appl. Opter. 59, 4744 (2020).

Article ADS PubMed Google Scholar

Zhai, Z., Cheng, Z., Lv, Q. & Wang, X. Axicons accordables générés par un modulateur spatial de lumière avec des hologrammes générés par ordinateur à phase de haut niveau. Appl. Sci. 10, 5127 (2020).

Article CAS Google Scholar

Shen, C., Hong, Q., Zhu, Q., Zu, C. & Wei, S. Projection holographique basée sur des axilens programmables. Opter. Technologie laser. 120, 105682 (2019).

Article CAS Google Scholar

Zhai, Z., Ding, S., Lv, Q., Wang, X. & Zhong, Y. Profondeur de champ étendue à travers un axicon. J.Mod. Opter. 56, 1304-1308 (2009).

Annonces d'article Google Scholar

Algorri, JF et al. Lentilles à cristaux liquides accordables positives-négatives basées sur une ligne de transmission microstructurée. Sci. Rep. 10, 10153 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sánchez-López, MM, Moreno, I., Davis, JA, Gutierrez, BK & Cottrell, DM Interférence à double anneau d'axicons diffractifs binaires. OSA Contin. 3, 1679 (2020).

Article Google Scholar

Khonina, SN, Porfirev, AP & Ustinov, AV Axicon diffractif avec facteur de remplissage réglable pour la division de l'anneau focal. Dans (eds. Hrabovský, M., Sheridan, JT & Fimia, A.) 102331P (2017). https://doi.org/10.1117/12.2265017.

Cano-Garcia , M. , Quintana , X. , Autumn , JM & Geday , MA Générateur dynamique de plaque de phase en spirale à plusieurs niveaux . Sci. représentant 8, 15804 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, Y. et al. Génération de faisceaux vortex et vectoriels parfaits basés sur des éléments de phase Pancharatnam – Berry. Sci. Rep. 7, 44096 (2017).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Arlt, J. & Dholakia, K. Génération de faisceaux de Bessel d'ordre élevé à l'aide d'un axicon. Opter. Commun. 177, 297–301 (2000).

Article ADS CAS Google Scholar

Vaity, P. & Rusch, L. Faisceau vortex parfait : transformation de Fourier d'un faisceau de Bessel. Opter. Lett. 40, 597 (2015).

Article ADS PubMed Google Scholar

Guo, Z. et al. Génération de faisceaux vortex parfaits avec plaque de phase à base de polymère. IEEE Photon. Technologie. Lett. 32, 565-568 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Ostrovsky, AS, Rickenstorff-Parrao, C. & Arrizón, V. Génération du vortex optique "parfait" à l'aide d'un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides. Opter. Lett. 38, 534 (2013).

Article ADS PubMed Google Scholar

Zhu, F. et al. Liaison de communication optique en espace libre utilisant des faisceaux vortex parfaits transportant le moment angulaire orbital (OAM). Opter. Commun. 396, 50–57 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Shao, W., Huang, S., Liu, X. & Chen, M. Communication optique en espace libre avec multiplexage parfait des faisceaux de vortex optiques. Opter. Commun. 427, 545-550 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Gourley, K., Golub, I. & Chebbi, B. Démonstration d'un axicon de Fresnel. Appl. Opter. 50, 303 (2011).

Article ADS PubMed Google Scholar

de Blas, MG et al. Orienteur de faisceau 2D haute résolution constitué de réseaux de phase à cristaux liquides 1D en cascade. Sci. Rep. 12, 5145 (2022).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, Y. et al. Déflecteur de faisceau à cristaux liquides de grande surface avec grand angle de braquage. Appl. Opter. 59, 7462 (2020).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Kuang, Z. et al. Micro-traitement de surface multi-faisceaux diffractif utilisant des impulsions laser 10ps. Appl. Le surf. Sci. 255, 9040–9044 (2009).

Article ADS CAS Google Scholar

Algorri, J., Urruchi, V., García-Cámara, B. & Sánchez-Pena, J. Lentilles à cristaux liquides, axicons logarithmiques et linéaires. Matériaux 7, 2593–2604 (2014).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khonina, SN, Kazanskiy, NL, Karpeev, SV & Butt, MA Faisceau de Bessel : importance et applications - un examen progressif. Micromachines. 11, 997. https://doi.org/10.3390/mi11110997 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Nguyen, HD et al. Faisceaux de Bessel non diffractifs pour la plate-forme de balayage laser ultrarapide et le polissage des parois latérales de preuve de concept des pièces fabriquées de manière additive. Micromachines. 11, 974. https://doi.org/10.3390/mi11110974 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Faisceau quasi-Bessel de haute qualité généré par un axicon à pointe ronde. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-16-17-12688&id=170373.

Curtis, JE & Grier, DG Structure des tourbillons optiques. Phys. Rév. Lett. 90(13), 133901. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.133901 (2003).

Article ADS PubMed Google Scholar

García de Blas, M., Geday, MA, Otón, JM et Quintana Arregui, X. Direction de faisceau numérique bidimensionnelle basée sur des réseaux de phase à cristaux liquides. Appl. Sci. 11, 3632 (2021).

Article Google Scholar

Knyazev, B., Cherkassky, V. & Kameshkov, O. Faisceaux de vortex térahertz "parfaits" formés à l'aide d'axicons diffractifs et de perspectives d'excitation des polaritons de plasmon de surface de vortex. Appl. Sci. 11, 717 (2021).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Cette recherche a été financée par la Communauté de Madrid à travers le "Programme d'activités de R&D" ("SINFOTON2-CM"—S2018/NMT-4326) et les "Subventions pour la réalisation de doctorats industriels de la Communauté de Madrid" (IND2020/TIC-17424). Le soutien financier de cette étude provient de "ENHANCE-5G" (PID2020-114172RB-C22) et "LC-LENS" (PDC2021-121370-C21) financés par l'Union européenne. En outre, les auteurs sont reconnaissants à l'Agence spatiale européenne (ESA) pour le soutien financier reçu avec le projet "Smart Heaters" (4000133048/20/NL/KML). MCG est reconnaissant à la subvention du gouvernement espagnol (BG20/00136). Ce travail a été soutenu par le gouvernement de Madrid (Comunidad de Madrid-Espagne) dans le cadre de l'accord pluriannuel avec l'Universidad Polytechnica de Madrid. Ce projet de recherche a été financé par la Communauté de Madrid par le biais des bourses de recherche pour jeunes chercheurs de l'Université polytechnique de Madrid (SOUTIEN JEUNESSE-21-9FOMOQ-22-0CNGFM).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Javier Pereiro-García et Mario García-de-Blas.

CEMDATIC, ETSI Télécommunications, Université Polytechnique de Madrid, Av. Complutense 30, 28040, Madrid, Espagne

Javier Pereiro-García, Mario García-de-Blas, Morten Andreas Geday, Xabier Quintana et Manuel Caño-García

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

JPG et MGdB ont écrit ensemble l'article et caractérisé l'appareil. MGdB a fabriqué l'appareil. JPG a réalisé les simulations d'appareils. XQA, MCG et MAG ont conçu le pilote électronique. XQA, MCG et MAG ont assuré la supervision générale. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Javier Pereiro-García ou Morten Andreas Geday.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Pereiro-García, J., García-de-Blas, M., Geday, MA et al. Axicon spirale diffractive à cristaux liquides plats et variables permettant une génération parfaite de faisceaux vortex. Sci Rep 13, 2385 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29164-0

Télécharger la citation

Reçu : 31 août 2022

Accepté : 31 janvier 2023

Publié: 10 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29164-0

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.