Optica雜志在線發(fā)表了華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)團隊馬冬林副教授課題組的“Sculpting Optical Fields into Caustic Patterns based on Freeform Optics”研究論文。 s4N,^_j  
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操控光場的能量傳遞是光學(xué)研究中的重要課題，在激光微加工、光鑷、光學(xué)顯微成像、照明工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。散焦現(xiàn)象是自然界和日常生活中存在的天然的光能傳輸調(diào)控過程，比如陽光照射流動的水面在水底形成了波紋狀的圖案（圖1a），燈光下水杯內(nèi)形成尖頭狀光斑（圖1b）等等。這些現(xiàn)象展現(xiàn)了生活中常見的光學(xué)表面與介質(zhì)對光產(chǎn)生聚焦效應(yīng)，形成銳利且穩(wěn)定的光斑圖案。 <ipWMZae0F  
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近年來，關(guān)于自由曲面光學(xué)元件在光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展，這種元件具有調(diào)控精度高和能量效率高的優(yōu)勢，適用于宏觀尺寸的光束調(diào)控問題。然而，現(xiàn)有的設(shè)計機制主要基于偏微分方程求解光線目標(biāo)位置坐標(biāo)或自由曲面點云，無法處理散焦出現(xiàn)的情況，且對三維空間中光通量傳遞的調(diào)控問題研究不足。 0yKhp:^  
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馬冬林團隊提出一種自由曲面光學(xué)（freeform optics）設(shè)計方案，打破傳統(tǒng)自由曲面光調(diào)控設(shè)計的限制，不再要求單一平面上使用完整的光線束實現(xiàn)規(guī)定光分布，并突破了入射光線與目標(biāo)交點間雙射映射關(guān)系，通過對入射光的光能進行精確地聚焦與調(diào)控，實現(xiàn)任意形式的銳利散焦光斑（圖1c）。該方法還可以通過將光聚焦于簡易的三維曲線，使光場強度峰值沿規(guī)定的空間軌跡傳播，有望將自由曲面元件應(yīng)用于更廣泛的光調(diào)控應(yīng)用中。 vU7&'ca  
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為了驗證這種自由曲面元件的性能，研究團隊進行了與基于雙射映射的設(shè)計方法的對比。通過投影至空間光調(diào)制器，分別生成了四種不同尺寸的光斑分布。結(jié)果表明，基于散焦的設(shè)計相較于傳統(tǒng)設(shè)計能夠形成更銳利的圖案。 shD+eHo$  
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研究團隊所還驗證了基于散焦設(shè)計的其它潛力，如調(diào)控朗伯點光源發(fā)光和三維空間中的光束整形問題，部分設(shè)計結(jié)果如圖3、4所示。 :Fc8S9  
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