近日，中科院上海光機(jī)所信息光學(xué)與光電技術(shù)實驗室周常河課題組發(fā)明了一種新型衍射光學(xué)器件——達(dá)曼波帶片(DZP)，并基于此器件，發(fā)明了三維達(dá)曼光柵。該光柵可將通常透鏡的一個焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換成三維焦點(diǎn)陣列，稱之為三維達(dá)曼陣列。該項工作發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會期刊Applied Optics 51, 1619-1630 (2012)上，并入選Virtual Journal for Biomedical Optics(VJBO)。

傳統(tǒng)的透鏡對單束激光束來講只會產(chǎn)生一個聚焦光斑。菲涅爾波帶片是一種可以產(chǎn)生軸向多焦點(diǎn)的重要光學(xué)元件。然而，在實際應(yīng)用中，菲涅爾波帶片產(chǎn)生的軸向多焦點(diǎn)的強(qiáng)度分布不均勻，且主要能量集中在主焦點(diǎn)上，因而菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)并不能提供一種實用的軸向多焦點(diǎn)系統(tǒng)。

該課題組發(fā)明的這種新型波帶片結(jié)構(gòu)DZP，通過將達(dá)曼相位編碼的思想引入到二元相位波帶片結(jié)構(gòu)中，從而可以在透鏡的聚焦后場產(chǎn)生一系列等強(qiáng)度、均勻間隔分布的軸向聚焦光斑陣列，突破了傳統(tǒng)菲涅爾波帶片軸向焦斑能量分布不均勻的固有缺陷，是與傳統(tǒng)菲涅爾波帶片屬于同一類型、相互并列的重要基礎(chǔ)衍射光學(xué)元件，在軸向并行激光處理和大景深成像等系統(tǒng)中有重要的實用價值。

該課題組研究人員指出，結(jié)合這種達(dá)曼波帶片和另一個二維達(dá)曼光柵，可以在透鏡的后場實現(xiàn)按照規(guī)則晶格結(jié)構(gòu)排布的聚焦光斑三維陣列(圖1)，即三維達(dá)曼陣列。研究人員通過實驗，在一個NA0.13和一個NA0.66物鏡的聚焦后場分別實現(xiàn)了5×5×5和6×6×7聚焦光斑陣列（圖2給出了NA0.13下的5×5×5達(dá)曼陣列在5個軸向焦面上的二維光場強(qiáng)度分布的實驗結(jié)果）。這種按照規(guī)則晶格結(jié)構(gòu)排布的三維達(dá)曼陣列在三維激光直寫光刻、三維光存儲、并行光學(xué)粒子操控等方面有廣泛的應(yīng)用前景。

這種高數(shù)值孔徑透鏡下產(chǎn)生聚焦光斑的三維達(dá)曼陣列是上海光機(jī)所今年畢業(yè)的余俊杰博士在導(dǎo)師周常河研究員的指導(dǎo)下首次實現(xiàn)的。余俊杰博士在畢業(yè)論文中詳細(xì)論述了其發(fā)明的達(dá)曼波帶片、螺旋達(dá)曼波帶片等一系列新型衍射光學(xué)元件的原理與設(shè)計加工流程，解決了三維達(dá)曼陣列的設(shè)計問題，為其在高數(shù)值孔徑透鏡下的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。（信息光學(xué)與光電技術(shù)實驗室供稿）