Noticias

Jan 05, 2024

Axicon espiral difractivo de cristal líquido variable plano que permite la generación perfecta de haces de vórtice

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2385 (2023) Citar este artículo

745 Accesos

7 Altmetric

Detalles de métricas

Se presenta un axicon espiral difractivo variable transparente (DSA) basado en una sola celda LC. El DSA fabricado se puede cambiar entre 24 configuraciones diferentes, 12 convergentes y 12 divergentes, donde el ángulo de salida varía en función de la carga topológica aplicada. El área activa del dispositivo se crea utilizando una técnica de escritura láser directa en sustratos de vidrio recubiertos con óxido de indio y estaño. El cristal líquido se utiliza para modular la fase del haz entrante generando las diferentes configuraciones de DSA. El DSA consta de 24 electrodos en forma de espiral transparentes accionados individualmente, cada uno de los cuales introduce un retardo de fase específico. En este artículo, se presenta la fabricación y caracterización del DSA sintonizable y se demuestra experimentalmente el rendimiento del DSA y se compara con las simulaciones correspondientes.

Las lentes sintonizables sin partes móviles pueden ajustar la distancia focal modulando espacialmente la trayectoria de la luz. En la literatura1,2,3,4 se proponen varias técnicas para obtener el cambio de enfoque y estas tienen una amplia gama de aplicaciones que incluyen pantallas5, comunicaciones6, telescopios7, anteojos8 o microscopía9. En todas estas aplicaciones es deseable reducir el tamaño y el peso al mismo tiempo que se disminuye la complejidad de las lentes tradicionales con partes móviles10. La amplia gama de aplicaciones de los elementos adaptativos ha creado un interés creciente en el diseño y fabricación de lentes sintonizables.

Una forma de sintonizar una lente sin cambiar su curvatura es mediante el uso de un cristal líquido (LC) nemático. Cuando el frente de onda entrante pasa a través del dispositivo LC, su fase cambia según la orientación de las moléculas LC como resultado de la aplicación de un campo eléctrico externo. Estos dispositivos LC se utilizan para fabricar dispositivos solo de fase plana que no afectan otras características del haz11. Dependiendo de la distribución de este campo eléctrico a lo largo del material anisótropo, la lente puede ser convergente (positiva) o divergente (negativa)12. Se ha presentado una plétora de lentes LC diferentes, como electrodos de orificio y anillo13, lentes difractivas de Fresnel14 y dispositivos complejos de electrodos múltiples15. Todos ellos se caracterizan por un tamaño de diámetro limitado, rango de ajuste de enfoque y/o complejidad de fabricación.

Un axicon es una lente cónica que genera un patrón anular a partir de un haz de luz colimado entrante. Los axicones se describieron por primera vez en la literatura16 como un elemento capaz de generar imágenes de una fuente puntual en un rango de puntos en un segmento de línea a lo largo del eje óptico. La longitud de este segmento se conoce como profundidad de foco (DOF).

El axicón ha sido ampliamente estudiado debido a su gran cantidad de aplicaciones. Como un axicon puede generar anillos anulares, puede usarse para atrapar partículas dentro de su imagen17,18. Se pueden encontrar otras aplicaciones como la gonioscopia19, la microperforación20 o la tomografía21.

Mientras que los sistemas tradicionales controlan la profundidad de campo mediante la apodización de la pupila22, otros emplean axicones reflexivos sintonizables que son capaces de cambiar la longitud del DOF23,24 para obtener los mismos resultados. Alternativamente, el DOF puede ajustarse agregando una lente convexa adicional antes de un axicon. Cambiar manualmente la distancia entre la fuente de luz y la lente convexa, o la distancia entre el axicon y la lente, introduce un cambio en el ángulo de entrada del axicon, lo que resulta en una variación del ángulo de salida, es decir, una variación del DOF25.

Recientemente se han presentado axicones difractivos basados ​​en cristales líquidos26,27,28, la mayoría se basan en moduladores de luz espacial reflectantes (SLM)27,28, mientras que otros se basan en electrodos diseñados específicamente, pero con libertad de ajuste limitada para adaptar un perfil de fase perfecto26 .

En este trabajo, se presenta el primer axicón espiral difractivo (DSA) LC transparente desarrollado específicamente, capaz de emular el comportamiento de un axicón difractivo variable, empleando solo 24 electrodos con control de perfil de fase completo. El haz de luz de salida DSA presentado llevará un momento angular orbital (OAM) caracterizado por un frente de onda espiral. El eje central del haz, después de que la luz pase por el dispositivo, contendrá todas las fases que van de 0 a 2π. Así, se formará un punto singular, donde se produzca una interferencia destructiva en todos los planos transversales29. Por lo tanto, el dispositivo desarrollado actúa intrínsecamente como generador de haz de vórtice.

A un haz de vórtice se le asigna un número, llamado carga topológica, dependiendo de cuántos giros haga la luz en una longitud de onda. Esta carga topológica puede ser positiva o negativa, dependiendo de la torsión. Cuanto mayor sea el número del giro, más rápido girará la fase de la luz sobre el eje.

La forma convencional de generar un vórtice óptico es utilizando una placa de fase en espiral (SPP)29. Iluminar una combinación de un SPP y un axicón ideal con un haz gaussiano forma un haz gaussiano de Bessel (BG) que transporta OAM con una singularidad en el medio30,31. Los haces BG también se pueden obtener mediante la iluminación directa de un DSA.

Agregar una lente en un haz gaussiano de Bessel conduce a la transformación de Fourier del campo30,32. Esta transformación óptica da como resultado un patrón de anillo brillante con un agujero oscuro. Al cambiar la carga topológica del haz gaussiano de Bessel, todo el sistema actúa como un generador de haz de vórtice perfecto (PVB). Los PVB son haces de vórtice que se caracterizan por transportar diferentes OAM sin modificar su radio de patrón de anillos de intensidad33,34. Los PVB son relevantes en muchas aplicaciones, especialmente en comunicaciones ópticas35,36, ya que el sistema puede propagar diferentes OAM mientras mantiene constante el patrón de intensidad, lo que facilita el acoplamiento y la detección de la luz.

Según el conocimiento de los autores, el dispositivo presentado es el primer DSA sintonizable especialmente diseñado, que consiste en una sola celda LC con un área activa pixelada en forma de espiral. El axicon difractivo se puede cambiar entre veinticuatro configuraciones, correspondientes a doce cargas topológicas (positivas y negativas) que dan lugar a un conjunto equivalente de 24 ángulos de vértice emulados correspondientes diferentes. El dispositivo se caracteriza por su alto factor de llenado, lo que conduce a una alta transmitancia, como se presenta en los datos complementarios.

Un axicon refractivo ideal tiene una estructura cónica. Al igual que en una lente de Fresnel, se puede realizar una envoltura de fase sobre 237 que da como resultado un axicon difractivo llameante (Fig. 1a, c). Dividiendo el cono en secciones periódicas y aplicando una envoltura de fase de 2π, se obtiene un perfil de fase radial llameante. Para aumentar el ángulo de salida (α) para una longitud de onda determinada (λ), se puede aumentar la pendiente del cono, lo que corresponde a la disminución del paso de la rejilla de llama (Δ) (Fig. 1b, d) similar a una rejilla de llama de difracción lineal38.

A la izquierda, representación de dos axicones llameantes convergentes envueltos en un rango de 2π. A la derecha, representaciones de axicones llameantes divergentes. Las dos filas diferentes muestran dos pasos de rejilla diferentes (Δ). El inserto muestra la distribución discreta de píxeles y el paso de píxeles (p).

Un perfil de fase en diente de sierra crea un haz de primer orden de difracción con un ángulo de difracción dado por la longitud de onda del haz entrante dividida por el ancho del paso de llama39. Para que esta estructura de fase sea direccionable, debe discretizarse en píxeles independientes. En esta estructura discreta, el paso mínimo, es decir, el ángulo de desviación máxima, se obtiene en una configuración de fase binaria que consta de electrodos con un retardo de fase alternado de 0 y π.

El dispositivo descrito anteriormente produce una difracción de ondas cónicas de primer orden, dando como resultado una forma anular en el campo lejano20. Dependiendo de la aplicación, el pico de difracción de orden cero puede bloquearse físicamente. En el caso de la implementación del axicon con un SLM, se suele eliminar desenfocándolo en el plano de procesamiento con el holograma informático40.

Cuando un haz de luz incide en un axicon, sus rayos se doblan en el mismo ángulo (α), en relación con la lente normal, generando la onda cónica. Dependiendo de la configuración de la rejilla en llamas, el axicon puede actuar como una lente convergente o divergente (Fig. 1a, c).

Un axicón convergente genera un haz de Bessel, a veces llamado haz "no difractante", con un perfil transversal donde el centro del haz no cambia de amplitud y está rodeado por anillos concéntricos de menor intensidad41. Los haces de Bessel se caracterizan por una profundidad de foco alargada. Los haces de Bessel de orden superior transportan OAM a expensas de perder energía en el lóbulo central42.

El campo eléctrico de orden n del haz de Bessel está definido por:

donde A es la amplitud del campo eléctrico y Jn es la función de Bessel de orden n de primera clase; kz y kr son constantes que representan los números de onda longitudinal y radial. z, r y \(\mathrm{\varphi }\) se corresponden con las componentes longitudinal, radial y azimutal, respectivamente. Así, la formación de esta distribución de campo eléctrico es el resultado de la interferencia de ondas planas cuyos vectores de onda pertenecen a una superficie cónica43.

En una configuración convergente con un ancho finito (Fig. 2), se forma el haz cuasi-Bessel que conduce a la profundidad de foco (DOF) resultante, que será una función del radio del haz (\({r}_{beam }\)) y el ángulo de salida (α):

Diagrama de rayos axicon en llamas que muestra parámetros relevantes.

El radio exterior del patrón anular resultante (r) viene dado por:

En una configuración convergente, se genera un patrón de disco antes del final del DOF, mientras que el patrón de anillo se forma más allá de esta línea focal. Una configuración divergente, en la que el rayo entrante se desvía del eje de propagación en un ángulo (\(\mathrm{\alpha }\)), da como resultado un patrón de anillo a lo largo de toda la distancia de propagación. El radio del anillo exterior para una configuración divergente se puede expresar como:

El axicon espiral difractivo (DSA) de cristal líquido presentado se basa en una estructura difractiva formada por píxeles en forma de espiral (Fig. 3), fácilmente conectables a un campo eléctrico externo.

Esquema del perfil de fase del axicon espiral difractivo. Se obtiene como la suma de un SPP y un axicon blazeado para diferentes cargas topológicas. (a) l = 1. (b) l = 2. Se observa cómo un cambio en el perfil de fase DSA implica una modificación simultánea de la carga topológica (l) y del parámetro axicon (a).

El perfil de fase espiral del axicon espiral difractivo resulta de la suma del retardo de fase de un SPP con el de un axicon difractivo seguido de una envoltura de fase alrededor de 2π (Fig. 3). Anteriormente se ha utilizado un enfoque similar en la generación de axicons33 de máscara de fase espiral de polímero.

La función de transmisión de fase de un axicon espiral difractivo (DSA) se describe como33:

donde l es la carga topológica, a es el parámetro axicon, r es la distancia al eje óptico y \(\uptheta\) es el ángulo azimutal.

El parámetro axicon y el ángulo de salida α, están determinados por el tono de llama (\(\Delta\)):

donde \({k}_{r}= \frac{2\uppi }{\Delta }\), se conoce como el número de onda radial, y k es el número de onda de la luz.

El paso de la espiral, \(\Delta\), es igual al paso de llama. Se obtiene multiplicando el número de píxeles en forma de espiral por período por el paso de píxeles (p). En otros trabajos33, donde el axicon no es sintonizable, el paso de la espiral, y por lo tanto a, es constante.

En el presente DSA sintonizable, el número de píxeles por período dependerá del número total de píxeles (N) del dispositivo y de la carga topológica seleccionada (l), por lo que \(\Delta\) viene dado por:

Destacamos que mientras N y p son parámetros de diseño, l es un parámetro reconfigurable determinado por el direccionamiento DSA seleccionado.

Por lo tanto, el parámetro axicon y el ángulo de salida de este DSA sintonizable (\({a}_{l}\)) se pueden expresar como:

El ángulo de salida del DSA \({\alpha }_{l}\) dependerá de la carga topológica y el número de electrodos. En un axicon refractivo convencional, el ángulo de salida está determinado por el ángulo del vértice y el material.

En el LC DSA la calidad del axicón dependerá de la aproximación discreta al perfil de fase del axicón continuo, mientras que en un convencional la calidad del pulido es primordial44. Por tanto, en el dispositivo plano desarrollado, la correcta definición de los electrodos, el elevado número de electrodos y su correcta calibración (relación entre la tensión aplicada y el desfase producido) serán de gran importancia.

Combinando Ecs. (6) y (9) y aplicando la aproximación paraxial \({\alpha }_{l}={\mathrm{sin}}^{-1}\left(\frac{\lambda \cdot l}{p\ cdot N}\right)\approx \frac{\lambda \cdot l}{p\cdot N}\), la función de transmisión del DSA sintonizable desarrollado se puede expresar como:

Por lo tanto, en el dispositivo diseñado, el ángulo de salida (αl) y la carga topológica (l) cambian inherentemente juntos. En el dispositivo final, como cada píxel del área activa se controla de forma independiente, se puede moldear cualquier perfil de fase, lo que da como resultado un serie de axicones difractivos intercambiables entre sí.

El DSA presentado difiere del axicón convencional en que genera intrínsecamente un haz de vórtice. Cambiar la configuración del perfil de fase del DSA modifica la carga topológica del vórtice. En consecuencia, en el segmento DOF se forma un haz de Bessel Gauss de alto orden, en lugar de un haz de Bessel de orden cero45.

El axicon espiral difractivo (DSA) de LC está formado por dos sustratos de óxido de indio y estaño (ITO), en una configuración tipo sándwich. Uno de los sustratos de ITO se utiliza como backplane y el otro se pixela mediante una técnica de escritura directa por láser (DLW). Este proceso de ablación se lleva a cabo mediante un láser UV montado sobre una platina XYZ controlada por CNC (Lasing SA). Este sistema permite movimientos del sustrato en el plano XY manteniendo el foco de ablación en el eje Z con retroalimentación en lazo cerrado46.

El área activa consta de 24 líneas continuas que forman un conjunto de espirales de Arquímedes concéntricas (es decir, los píxeles tienen el mismo ancho en toda el área activa), generando el contorno de 24 píxeles.

El paso de píxel (p), es decir, el ancho diseñado de los píxeles individuales en forma de espiral, es de 30 µm y el espacio entre píxeles es < 3 µm29, lo que da lugar a un dispositivo con un paso de espiral máximo de \({\Delta }_{l}= 720\mathrm{ \mu m}\) (l = ± 1 y N = 24) y un factor de relleno superior al 90 %.

Para asegurar una alineación uniforme de las moléculas de cristal líquido y el plano de conmutación, ambos planos ITO se cubren con una poliimida PIA-2304 (Chisso Lixon, Japón) mediante recubrimiento por rotación (30 s a 2500 rpm) y se frotan. El grosor de la celda de LC se establece en 7,2 µm utilizando espaciadores cilíndricos de sílice. Finalmente, la celda se llena con un cristal líquido nemático de alta birrefringencia, MDA-98-16002. El espectro de transmitancia del dispositivo fabricado se muestra en la información complementaria.

La estructura en espiral de los píxeles que llegan a la periferia del área activa facilita la conexión con el controlador de voltaje. Las interconexiones entre los píxeles de ITO y el conector flexible se realizan mediante el uso de un adhesivo conductor anisotrópico (Hitachi Chemical, Japón).

Se utiliza un controlador de modulación de ancho de pulso (PWM) de 12 bits diseñado internamente para el direccionamiento de píxeles individuales29. Una señal cuadrada de 5Vpp, 51 Hz es modulada por señales PWM programables, generando el voltaje RMS deseado para cada píxel.

En la Fig. 4a se muestra una imagen de DSA. El DSA se calibró en un cuarto oscuro a temperatura ambiente entre polarizadores cruzados a ± 45° con respecto a la dirección de frotamiento. La relación entre la señal de voltaje RMS aplicada y el retraso de fase inducido por el LC se determinó utilizando una iluminación láser He-Ne (λ = 632.8 nm). La relación entre el retardo de fase (\(\delta\)) y el ciclo de trabajo (cc) se ha aproximado a:

como se describió previamente29.

En la parte superior (a), el dispositivo desarrollado. En la parte inferior, micrografías que muestran dos configuraciones diferentes de DSA entre polarizadores cruzados con iluminación de luz blanca. (b) l = 2 (\(\Delta =360\upmu m\)). (c) l = 4 (\(\Delta =180\mathrm{ \mu m}\)).

El DSA desarrollado es un dispositivo LC transmisivo. Así, el perfil de fase introducido en la luz polarizada en el plano de conmutación LC puede evaluarse interfiriéndolo con el perfil de fase inalterado del polarizador de luz perpendicularmente al mismo. De este modo, el perfil de fase se vuelve visible colocando el dispositivo entre polarizadores cruzados y observando los colores de interferencia. En la Fig. 4b,c se muestran dos micrografías del área activa del DSA entre polarizadores cruzados. Además, el haz de luz TC se conserva durante cualquier transformación de fase radialmente simétrica, como la propagación de la luz47.

En la Fig. 5 se muestra la evolución de un haz gaussiano para un DSA con una configuración convergente fija, con una carga topológica de l = 6 correspondiente a un paso de espiral de \({\Delta }_{l}=120\mathrm{ \mu m}\), ha sido simulado (como se describe en los datos complementarios) y comparado con los resultados medidos. La figura 5a muestra la sección transversal simulada de la propagación del haz difractado. Uno puede apreciar claramente un segmento de intensidad cero a lo largo del eje óptico dentro del DOF, correspondiente a la singularidad del vórtice generado inherente. Además, esta singularidad óptica también se manifiesta en la Fig. 5b,c experimental, donde el haz de salida del DSA se registra directamente en el sensor de la cámara. En esta área, el haz entrante se enfoca a lo largo del área DOF y la distribución de energía alrededor de la singularidad es constante para un l fijo. El resultado es un patrón de difracción compuesto por interferencias concéntricas positivas y negativas. El radio exterior del disco medido en la Fig. 5b,c es de 2,8 mm y 1,6 mm, de acuerdo con los valores teóricos para un radio de haz de entrada de 4,2 mm.

Evolución del haz para un DSA convergente con l = 6. (a) Propagación simulada del haz a lo largo de 150 cm. ( b – e ) Patrones de intensidad medidos experimentalmente en z = 25 cm, 50 cm, 125 cm y 150 cm, respectivamente. (antes de Cristo). El patrón resultante se ha proyectado directamente en el sensor CMOS. (Delaware). El patrón resultante se ha proyectado en una pantalla milimétrica opaca. La intensidad se ha normalizado individualmente en cada imagen de medida.

Por el contrario, a medida que la distancia de propagación aumenta más allá del área DOF, el haz de difracción comienza a divergir, lo que da como resultado una forma de anillo anular (Fig. 5c, d). En consecuencia, el diámetro del anillo aumenta con la distancia de propagación. Los radios del anillo exterior medidos en la Fig. 5d,e son 6,5 mm y 8 mm, en consonancia con los valores teóricos para un haz de entrada con un diámetro de 8,4 mm.

La figura 6 muestra patrones de intensidad para diferentes cargas topológicas, a una distancia fija, que ilustran la reconfigurabilidad del dispositivo fabricado.

Resultados experimentales del DSA junto con las simulaciones correspondientes (esquina superior derecha en las líneas discontinuas). (a) Configuración convergente con l = 5. (b) Configuración convergente con l = 7. (c) Configuración convergente con l = 9. (d) Configuración divergente con l = − 5. (e) Configuración divergente con l = − 7. (f) Configuración divergente con l = − 9. Los patrones de difracción se proyectan sobre una pantalla milimétrica y opaca a 150 cm del DSA. La cámara de adquisición se enfoca en la pantalla. La carga topológica y el radio del anillo exterior resultante se indican en cada imagen.

En la primera fila de la Fig. 6, se establecen cargas topológicas positivas. Como reflejan estas medidas, hay un crecimiento del diámetro del anillo a medida que aumenta la carga topológica. Los radios medidos son consistentes con el radio exterior teórico de la ecuación. (4), que muestra que el ángulo de salida aumenta con el DSA TC como se predijo. Se puede llegar a la misma conclusión con respecto a las cargas topológicas negativas. Además, la Fig. 6 también ilustra la concordancia entre las mediciones y la simulación.

Paralelamente, esta figura confirma que el factor de relleno alto de axicon proporciona una alta eficiencia en el proceso de difracción. Sin embargo, la eficiencia disminuye a medida que aumenta la carga topológica.

En la Fig. 7 se presenta el haz gaussiano de Bessel generado por el DSA en el área de profundidad de foco. En consecuencia, para diferentes cargas topológicas, existe un patrón de anillos concéntricos con un punto singular de interferencia en el medio. En las secciones ampliadas se puede observar la separación y el ancho de los anillos del patrón BG que cambian con la carga topológica. El patrón simulado para cada carga topológica se superpone en la parte derecha de la sección ampliada de la Fig. 7, en línea con los resultados obtenidos.

Patrón de intensidad del haz de Bessel Gauss generado por el DSA en z = 50 cm para diferentes topologías en comparación con los resultados simulados correspondientes (superpuestos en la parte derecha de la sección ampliada). (a) l = 2. (b) l = 4. (c) l = 8. Las imágenes muestran la intensidad de la luz proyectada directamente sobre el detector CMOS de la cámara a 50 cm de distancia del DSA. Se superpone el radio de las simulaciones y las mediciones.

Perfect Vortex Beams (PVB) se pueden generar implementando la transformación de Fourier de un BG beam30, es decir, insertando una lente convergente después de un DSA (en una configuración convergente) dentro del DOF. Así, el dispositivo presentado puede ser aplicado en la generación de PVB. Sin embargo, dado que el dispositivo desarrollado cambia simultáneamente el ángulo de salida y la carga topológica, se requiere cambiar la distancia focal de la lente convergente para cada PVB. Esto se puede hacer reemplazando la lente o usando una lente multifocal plana reconfigurable como la que hemos presentado anteriormente2.

La Figura 8 muestra mediciones experimentales y simulaciones de tal configuración convergente, empleando lentes con diferentes distancias focales dependiendo de la carga topológica, colocados a una distancia fija dentro del DOF (z = 5 cm). Se puede apreciar que a medida que se modifica el TC del DSA, se genera un hueco oscuro con un radio brillante constante. Por lo tanto, usando el DSA como un sistema de carga topológica sintonizable y modificando la lente adicional o usando una lente multifocal, se podría generar un haz de vórtice perfecto.

PVBs proyectados en el sensor CMOS de la cámara en comparación con los resultados simulados correspondientes (superpuestos en la parte izquierda), generados al agregar una lente a la salida DSA a una distancia z = 4 cm, con una distancia focal f en función de la carga topológica. (a) l = 4, f = 20 cm. (b) l = 8, f = 10 cm.

Se ha fabricado y demostrado mediante resultados experimentales un dispositivo axicon en espiral de difracción variable, basado en una estructura de cristal líquido nemático. Todos estos experimentos se comparan con sus correspondientes simulaciones. El DSA fabricado se puede configurar en 24 configuraciones diferentes, doce convergentes o doce divergentes, donde el ángulo de salida y la carga topológica se sintonizan simultáneamente. Se obtiene un factor de relleno muy alto ya que el espacio entre píxeles (interpíxel) es pequeño en comparación con el tamaño de píxel ya que el área activa está libre de componentes electrónicos de conducción. Se ha demostrado la singularidad óptica en la configuración convergente, enfocada a lo largo del eje óptico. Las simulaciones y los resultados experimentales muestran que el DSA fabricado es capaz de realizar haces de vórtice perfectos de tal manera que la carga topológica se puede ajustar sin modificar el tamaño de la intensidad anular.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado (y sus archivos de información complementaria). Los códigos de las simulaciones están disponibles previa solicitud a los autores.

Li, X. et al. Lente Fresnel binaria estirable para ajuste de enfoque. ciencia Rep. 6, 25348 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Geday, MA, Caño-García, M., Otón, JM & Quintana, X. Adaptive spiral difractive lens—lents with a twist. Anuncio. Optar. Mate. 8, 2001199 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Ren, H., Fan, Y.-H., Gauza, S. y Wu, S.-T. Lente esférica de cristal líquido plano de enfoque sintonizable. aplicación física Letón. 84, 4789–4791 (2004).

Artículo ADS CAS Google Académico

Algorri, JF et al. Matriz de microlentes multifocales de cristal líquido sintonizable. ciencia Rep. 7, 17318 (2017).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Parque, S. et al. Lente ultradelgada ajustable eléctricamente para subpíxeles cuadrados de alta resolución. Ciencia de la luz aplicación 9, 98 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, H. et al. Metasuperficies dieléctricas totalmente de silicio independientes de la polarización en el régimen de terahercios. Fotón. Res. 6, 24 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zhang, S. et al. Lentes planas de infrarrojo medio limitadas por difracción cercana de alta eficiencia basadas en matrices reflectantes de metasuperficie. Optar. Expreso 24, 18024–18034 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Hasan, N., Banerjee, A., Kim, H. y Mastrangelo, CH Lentes de enfoque ajustable para anteojos adaptables. Optar. Express OE 25, 1221–1233 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Wang, Z. et al. Lentes planas basadas en nanoláminas de perovskita 2D. Adv. Mate. 2001388, 9 (2020).

Google Académico

Ghilardi, M., Boys, H., Török, P., Busfield, JJC y Carpi, F. Lentes inteligentes con astigmatismo ajustable eléctricamente. ciencia Rep. 9, 16127 (2019).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Otón, JM, Otón, E., Quintana, X. & Geday, MA Dispositivos sólo de fase de cristal líquido. J. Mol. Liq. 267, 469–483 (2018).

Artículo Google Académico

Lin, Y.-H., Wang, Y.-J. & Reshetnyak, V. Lentes de cristal líquido con distancia focal ajustable. Cristal Líquido. Rev. 5, 111–143 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Chiu, C.-W., Lin, Y.-C., Chao, PC-P. & Fuh, AY-G. Lograr un alto poder de enfoque para una lente de cristal líquido de gran apertura con novedosos electrodos de orificio y anillo. Optar. Expreso 16, 19277 (2008).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Li, G. et al. Lente difractiva delgada conmutable de gran apertura con patrones de electrodos intercalados. aplicación física Letón. 89, 141120 (2006).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Beeckman, J. et al. Lentes de cristal líquido sintonizables multielectrodo con un paso de litografía. Optar. Letón. 43, 271 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

McLeod, JH El axicon: Un nuevo tipo de elemento óptico. J. Opt. Soc. Soy. 44, 592 (1954).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Shao, B., Esener, SC, Nascimento, JM, Botvinick, EL & Berns, MW Trampa láser anular dinámicamente ajustable basada en axicones. aplicación Optar. 45, 6421 (2006).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Cheong, WC et al. Fabricación de microaxicon eficiente mediante litografía directa de haz de electrones para largas distancias no difractantes de haces de Bessel para manipulación óptica. aplicación física Letón. 87, 024104 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Perinchery, S., Shinde, A. & Fu, C. et al. Sistema de imagen de ángulo iridocorneal de alta resolución mediante gonioscopia asistida por lente axicon. ciencia Rep. 6, 30844. https://doi.org/10.1038/srep30844 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kuang, Z., Perrie, W., Edwardson, SP, Fearon, E. & Dearden, G. Microperforación paralela con láser ultrarrápido utilizando múltiples haces anulares generados por un modulador de luz espacial. J. física. Aplicación D física 47, 115501 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ding, Z., Ren, H., Zhao, Y., Nelson, JS y Chen, Z. Tomografía de coherencia óptica de alta resolución en un amplio rango de profundidad con una lente axicon. Optar. Letón. 27, 243 (2002).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Breen, T., Basque-Giroux, N., Fuchs, U. & Golub, I. Ajuste de la resolución y profundidad de campo de una lente usando una iluminación de haz de anillo ajustable. aplicación Optar. 59, 4744 (2020).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Zhai, Z., Cheng, Z., Lv, Q. y Wang, X. Axicones ajustables generados por un modulador de luz espacial con hologramas generados por computadora de fase de alto nivel. aplicación ciencia 10, 5127 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Shen, C., Hong, Q., Zhu, Q., Zu, C. & Wei, S. Proyección holográfica basada en axilens programables. Optar. Tecnología láser. 120, 105682 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Zhai, Z., Ding, S., Lv, Q., Wang, X. y Zhong, Y. Profundidad de campo extendida a través de un axicón. Mod. J. Optar. 56, 1304-1308 (2009).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Algorri, JF et al. Lentes de cristal líquido sintonizables positivo-negativo basadas en una línea de transmisión microestructurada. ciencia Rep. 10, 10153 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sánchez-López, MM, Moreno, I., Davis, JA, Gutierrez, BK & Cottrell, DM Interferencia de doble anillo de axicones difractivos binarios. OSA Contin. 3, 1679 (2020).

Artículo Google Académico

Khonina, SN, Porfirev, AP & Ustinov, AV Axicon difractivo con factor de relleno sintonizable para la división del anillo focal. En (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 Generador dinámico de placa de fase espiral multinivel . ciencia Reps. 8, 15804 (2018).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, Y. et al. Generación de vórtices perfectos y haces vectoriales basados ​​en elementos de fase Pancharatnam-Berry. ciencia Rep. 7, 44096 (2017).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Arlt, J. & Dholakia, K. Generación de vigas de Bessel de alto orden mediante el uso de un axicon. Optar. común 177, 297–301 (2000).

Artículo ADS CAS Google Académico

Vaity, P. & Rusch, L. Haz de vórtice perfecto: Transformación de Fourier de un haz de Bessel. Optar. Letón. 40, 597 (2015).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Guo, Z. et al. Generación de haces de vórtice perfectos con placa de fase a base de polímeros. Fotón IEEE. tecnología Letón. 32, 565–568 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Ostrovsky, AS, Rickenstorff-Parrao, C. & Arrizón, V. Generación del vórtice óptico "perfecto" utilizando un modulador de luz espacial de cristal líquido. Optar. Letón. 38, 534 (2013).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Zhu, F. et al. Enlace de comunicación óptica en el espacio libre que utiliza haces de vórtice perfectos que transportan momento angular orbital (OAM). Optar. común 396, 50–57 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Shao, W., Huang, S., Liu, X. y Chen, M. Comunicación óptica en el espacio libre con multiplexación perfecta de haces de vórtice óptico. Optar. común 427, 545–550 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Gourley, K., Golub, I. y Chebbi, B. Demostración de un axicón de Fresnel. aplicación Optar. 50, 303 (2011).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

de Blas, MG et al. Direccionador de haz 2D de alta resolución hecho de rejillas de fase de cristal líquido 1D en cascada. ciencia Rep. 12, 5145 (2022).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, Y. et al. Deflector de haz de cristal líquido de gran superficie con amplio ángulo de dirección. aplicación Optar. 59, 7462 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Kuang, Z. et al. Microprocesamiento de superficie multihaz difractivo utilizando pulsos de láser de 10ps. aplicación Navegar. ciencia 255, 9040–9044 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Algorri, J., Urruchi, V., García-Cámara, B. & Sánchez-Pena, J. Liquid crystal lensacons, logarithmic and linear axicons. Materials 7, 2593–2604 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khonina, SN, Kazanskiy, NL, Karpeev, SV & Butt, MA Bessel beam: Importancia y aplicaciones: una revisión progresiva. Micromáquinas. 11, 997. https://doi.org/10.3390/mi11110997 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Nguyen, HD et al. Haces de Bessel no difractivos para plataforma de escaneo láser ultrarrápido y pulido de paredes laterales de prueba de concepto de piezas fabricadas de forma aditiva. Micromáquinas. 11, 974. https://doi.org/10.3390/mi11110974 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Haz cuasi-Bessel de alta calidad generado por un axicon de punta redonda. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-16-17-12688&id=170373.

Curtis, JE & Grier, DG Estructura de vórtices ópticos. física Rev. Lett. 90(13), 133901. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.133901 (2003).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

García de Blas, M., Geday, MA, Otón, JM & Quintana Arregui, X. Dirección de haz digital bidimensional basada en rejillas de fase de cristal líquido. aplicación ciencia 11, 3632 (2021).

Artículo Google Académico

Knyazev, B., Cherkassky, V. y Kameshkov, O. Haces de vórtice de terahercios "perfectos" formados utilizando axicones difractivos y perspectivas de excitación de polaritones de plasmones de superficie de vórtice. aplicación ciencia 11, 717 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Descargar referencias

Esta investigación ha sido financiada por la Comunidad de Madrid a través del "Programa de Actividades de I+D" ("SINFOTON2-CM"—S2018/NMT-4326) y las "Ayuda para la realización de Doctorados Industriales de la Comunidad de Madrid" (IND2020 /ICT-17424) de la Comunidad de Madrid. El apoyo financiero para este estudio proviene de "ENHANCE-5G" (PID2020-114172RB-C22) del Ministerio de Ciencia e Innovación de España, y "LC-LENS" (PDC2021-121370-C21) financiado por la Unión Europea, bajo NextGenerationEU gestionado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España. Además, los autores agradecen a la Agencia Espacial Europea (ESA) por el apoyo financiero recibido con el proyecto "Smart Heaters" (4000133048/20/NL/KML). MCG agradece la subvención del gobierno español (BG20/00136). Este trabajo ha sido apoyado por el Gobierno de Madrid (Comunidad de Madrid-España) en el marco del Convenio Plurianual con la Universidad Politécnica de Madrid Innovación Tecnológica (BEAGALIND-21-QU81R4-7-0QQBF3). Este Proyecto de investigación ha sido financiado por la Comunidad de Madrid a través de las Ayudas a la Investigación para Jóvenes Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (APOYO A LA JOVEN-21-9FOMOQ-22-0CNGFM).

These authors contributed equally: Javier Pereiro-García and Mario García-de-Blas.

CEMDATIC, ETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Av. Complutense 30, 28040, Madrid, Spain

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

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

JPG y MGdB juntos escribieron el artículo y caracterizaron el dispositivo. MGdB fabricó el dispositivo. JPG llevó a cabo las simulaciones del dispositivo. XQA, MCG y MAG diseñaron el controlador electrónico. XQA, MCG y MAG realizaron la supervisión general. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Javier Pereiro-García o Morten Andreas Geday.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Pereiro-García, J., García-de-Blas, M., Geday, MA et al. Axicon espiral difractivo de cristal líquido variable plano que permite la generación perfecta de haces de vórtice. Informe científico 13, 2385 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29164-0

Descargar cita

Recibido: 31 agosto 2022

Aceptado: 31 de enero de 2023

Publicado: 10 febrero 2023

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

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.