近日，中科院上海光機所信息光學與光電技術實驗室周常河課題組發(fā)明了一種新型衍射光學器件——達曼波帶片(DZP)，并基于此器件，發(fā)明了三維達曼光柵。該光柵可將通常透鏡的一個焦點轉換成三維焦點陣列，稱之為三維達曼陣列。該項工作發(fā)表在美國光學學會期刊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生一個聚焦光斑。菲涅爾波帶片是一種可以產生軸向多焦點的重要光學元件。然而，在實際應用中，菲涅爾波帶片產生的軸向多焦點的強度分布不均勻，且主要能量集中在主焦點上，因而菲涅爾波帶片結構并不能提供一種實用的軸向多焦點系統(tǒng)。

該課題組發(fā)明的這種新型波帶片結構DZP，通過將達曼相位編碼的思想引入到二元相位波帶片結構中，從而可以在透鏡的聚焦后場產生一系列等強度、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衍射光學元件，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，結合這種達曼波帶片和另一個二維達曼光柵，可以在透鏡的后場實現(xiàn)按照規(guī)則晶格結構排布的聚焦光斑三維陣列(圖1)，即三維達曼陣列。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達曼陣列在5個軸向焦面上的二維光場強度分布的實驗結果）。這種按照規(guī)則晶格結構排布的三維達曼陣列在三維激光直寫光刻、三維光存儲、并行光學粒子操控等方面有廣泛的應用前景。

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