导语
研究背景
螺旋锥光束是一类特殊的结构光束，其可以由螺旋相位和轴锥相位的乘积调制产生，并在傅里叶透镜的变换作用下于焦面处呈现出螺线型的光场分布。近年来，相继有学者针对其传播特性及调控方法等进行了研究。然而，现有的针对螺旋锥光束调控的工作灵活度还比较有限；此外以光涡旋阵列为代表的光场精细结构在螺旋锥光束领域也尚未得到进一步研究。
研究亮点
针对上述研究现状，南开大学刘波教授团队提出了一种新型可重构的干涉模式螺旋锥光束。该光束通过引入干涉及复振幅调控从而产生精细结构。此外通过引入初始相位调谐，焦平面上的光场模式将得到重构。相关研究成果发表在期刊Chinese Optics Letters 2024年22卷第9期上（D. Xu, et al. , Generation and reconfiguration of interference-pattern helico-conical beams），并被选为当期封面。南开大学现代光学研究所讲师段少祥为论文通讯作者，博士研究生许东野为论文第一作者。
封面展示了复合型干涉模式螺旋锥光场的设计和产生过程。携带不同轨道角动量的螺旋锥相位组分进行叠加并加载至空间光调制器，光束经调制向前传输并经过傅里叶透镜变换，最终在焦平面上呈现出理想光场。
螺旋锥光束的产生过程如图1(a)所示。传统螺旋锥光束的轨迹多呈现细锐的特性，限制了其携带精细结构。受傅里叶光学的启发，通过对初始平面的入射光束添加高斯型隔窗，目标平面上光场的螺线型轨迹得以加宽，为其进一步构造精细结构提供了先决条件。作为最基本的光学现象之一，干涉常常为光束带来丰富的特性，最常见的就是呈现出明暗相间的条纹。通过将携带不同轨道角动量因子的光束组分进行干涉，可得到不同的具有精细干涉纹样的螺旋锥光束。通过对初始平面上的角向相位分量进行调谐，焦平面上的光场模式将得到重构。此外，不同的干涉模式螺旋锥光束还可以进行组合叠加，实现更复杂的光场分布。用于光场产生的实验装置如图1(b)所示。
图1 (a)螺旋锥光束产生原理示意图，(b)实验装置示意图
模拟与实验结果如图2所示。图2(a)演示了干涉组分拓扑荷数同号和异号的光场强度分布，可以看出同号干涉形成的条纹更粗糙，类似于“断点”，而异号干涉形成的条纹更细密。图2(b)演示了经由初始角向相位重构的干涉模式螺旋锥光束，可以看出其可以被调谐为更多样的形状，调控灵活性大大提升。图2(c)则演示了组合型干涉模式螺旋锥光束，其光场灵活性再度得到提升。
图2 模拟与实验结果：(a)普通干涉模式螺旋光束，(b) 相位调控型干涉模式螺旋光束，(c)组合型普通干涉模式螺旋光束
总结与展望
综上，该研究工作提出了一种新型可重构的干涉模式螺旋锥光束。论文第一作者、南开大学博士研究生许东野表示：该项工作扩展了研究领域内对螺旋锥型光束族的认识，并进一步丰富了其调控手段，同时潜在地可将这类新型光束应用于光计量、光镊等领域。未来，团队将继续对螺旋锥型光束等结构光场进行深入探索，并发掘其在相关领域的应用潜力。
作者简介
第一作者：
许东野，南开大学现代光学研究所博士研究生。研究方向为光场调控与空间激光通信技术。
段少祥，南开大学现代光学研究所讲师，主要从事于光纤光子学与光通信传感技术研究。近年来，作为第一作者或通讯作者在国内外高水平学术期刊发表SCI论文10余篇。主持承担国家自然科学基金青年项目等等部级以上项目3项，作为课题骨干参与1项国家重点研发计划项目。获得天津市科技进步二等奖等。
刘波，南开大学现代光学研究所教授、博士生导师。主要研究方向为光纤光子学与光通信传感技术。主持国家和省部级科研项目20余项，发表署名论文120余篇，申请和获批国家专利十余项。获天津市技术发明二等奖、科技进步二等奖等。
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