论文研究-Generation of Diffraction-Free Optical Beams Using Wrinkled...

本文介绍了一项利用褶皱薄膜产生无衍射光束的研究，该技术由来自密歇根大学-上海交通大学联合研究所的研究团队提出。研究内容主要集中在使用一种新型的柔性光学聚焦设备，它以低成本、轻重量、可弯曲的特点，能够将平行光束转换为无衍射的聚焦光束。该技术的实现基于金-PDMS双层膜结构，通过在其上形成同心环形褶皱来实现聚焦功能。通过实验，作者观察到了在可见光范围内直径为300-400微米的聚焦光束，理论上预测若能消除制造偏心，焦点尺寸可达到大约50微米。 关键词涉及光电子学与激光技术；褶皱；透镜。 研究首先介绍了在自然界中常见的褶皱和屈曲现象，例如皮肤皱纹、指纹、植物的表面模式以及山脉的褶皱。最常用的褶皱模型是一个双层膜结构，它由一个刚性而薄的表面层和一个柔软而厚的弹性基底组成。当表面层由于基底的收缩而受到压缩应变时，膜会自发地形成褶皱以最小化其总能量，这包括弯曲能量和拉伸能量。在过去的十五年左右，理论模拟和实验研究已在光电子学领域开发出具有期望模式、周期和振幅的周期性褶皱结构。 这种可控制和可调节的人工褶皱结构的形成引起了广泛关注，作为在微米和纳米尺度上进行表面纹理制造的自下而上的技术。在光学领域，褶皱结构已被应用于包括一维光栅、微透镜制造、柔性可调设备、有机发光二极管的光提取以及聚合物光伏中的光捕获等应用。 研究团队报告了他们首次利用褶皱膜作为光学聚焦设备的演示，这些设备具有低成本、轻重量以及可弯曲的特性。设备由金-PDMS双层膜上形成的同心褶皱环组成，能够将平行光转换为无衍射的聚焦光束。在可见光范围内，已经观察到300-400微米的光束直径。通过比较理论计算和实验测量的焦点光斑形状，研究者预测，如果可以消除制造偏心，焦点尺寸可以小到大约50微米。 这项研究不仅展示了褶皱膜在光学设备制造中的潜力，而且还在光学聚焦技术领域提出了新的低成本解决方案。由于其柔性、轻质和可弯曲的特点，这种技术具有广泛的应用前景，尤其是在那些对光学设备的物理属性有严格要求的场景中。 在未来的研究中，进一步优化褶皱膜的制造精度，消除制造过程中的偏心误差，将有助于实现更小尺寸的聚焦光斑，从而提升光学设备的性能。此外，研究团队还可能考虑将这种技术应用于更复杂的光学系统中，如可穿戴设备、可折叠屏幕或者其他需要精细光学控制的设备。 这项研究为光电子学和激光技术领域带来了一种全新的透镜制造方法，展示了材料科学与光学技术相结合的潜力。随着研究的深入和技术的进步，我们可以预见，未来将有更多创新性的光学设备由这种新颖的褶皱膜技术所驱动。