《Optics & Laser Technology》：Efficient generation of optical bottle quasi-Bessel beams using a two-step blazed axicon grating
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两步闪耀轴锥光栅高效生成光学瓶准贝塞尔束并验证其理论模型，通过优化光栅相位抑制高阶衍射，在空间光调制器辅助下实现81%光学效率，轴向强度调制均匀，实验与理论吻合。
J.B. Moon|N.K. Kim|J.W. Kim
韩国京畿道安山市汉阳大学ERICA分校光子学与纳米电子学系，邮编15588
摘要
本文报道了一种两步闪耀轴锥光栅（TBAG），用于高效生成具有均匀强度调制的光学瓶形准贝塞尔光束（QBB）。为克服传统二元轴锥产生的光学瓶形QBB的局限性，设计了一种优化的TBAG结构，仅允许一级衍射光束之间发生干涉，并最大化衍射效率。将这种优化的相位分布应用于包含空间光调制器的光学成像系统中，从而在较长传播距离上产生高质量的光学瓶形QBB。实验结果与理论预测（包括调制周期的分析计算）非常吻合。本文还讨论了TBAG配置的优势及其应用前景。
引言
贝塞尔光束最初作为亥姆霍兹方程的特殊解类被理论提出[1]、[2]，由于其独特的性质（如无衍射传播、极小的光束核心尺寸以及自重构能力[3]、[4]、[5]），它们受到了广泛研究。尽管理想贝塞尔光束在现实中无法实现（因为需要无限横向能量分布），但准贝塞尔光束（QBB），即在有限传播长度内的类贝塞尔光束，已被应用于多种领域，包括光学镊子[6]、[7]、光学相干断层扫描[8]、双光子光学显微镜[9]、等离子体通道生成[10]以及激光微加工[11]、[12]、[13]、[14]等。
已有大量研究致力于生成具有可调轴向和横向强度分布的QBB[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]、[47]。其中，光学瓶形光束因其独特的强度分布而备受关注：沿传播方向周期性出现零强度或最小强度区域，这些区域被高强度的三维光屏障所包围。由于这种独特的能量分布，它们非常适合捕获和操控吸光颗粒或低折射率颗粒[25]、[26]，因为它们能够在不引起光诱导加热的情况下实现稳定限制。此外，它们还被应用于许多其他领域，包括活细胞捕获[27]、激光冷却原子的限制[28]、轴向超分辨率显微镜[29]和微流控[30]。光学瓶形光束通常是通过两个具有不同传播矢量的QBB的相干叠加来生成的[31]、[32]、[33]、[34]，这可以通过将高阶拉盖尔-高斯光束通过轴锥实现[35]，使用具有两个不同折射角的轴锥[33]、[34]、[37]，利用空间光调制器（SLM）或具有二元轴锥相位分布的衍射光学元件[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]，或者通过不同锥角贝塞尔涡旋的叠加[47]来实现。然而，这些方法在调制周期和干涉区域方面灵活性有限，强度调制不均匀，且光效率较低。
在这里，我们报道了一种两步闪耀轴锥光栅（TBAG），能够高效生成具有均匀轴向强度调制的光学瓶形QBB。在理论上研究了简单二元轴锥光栅的衍射特性后，提出了一种新的轴锥光栅相位函数，仅允许一级衍射光束之间发生干涉，并最大化衍射效率。我们通过理论模拟验证了所提出的TBAG生成光学瓶形QBB的过程，结果与实验结果吻合良好。
部分摘录
理论模拟
图1(a)展示了简单二元相位光栅的衍射示意图。当波长为λ的光照射到周期为Λ、厚度为d的二元光栅上时，透射光束的衍射角为
