All femtosecond optical pump and X-ray probe: holey-axicon for free electron laser
提出了共轴泵浦（光）-探测（X射线）实验的概念，并展示了该光学元件的性能。使用飞秒（fs）激光在二氧化硅板内结构化来制造具有中心100微米直径孔（在光轴上）的贝塞尔光束发生器。这种平面轴棱锥光学元件产生针状轴向强度分布，其可用于光泵浦脉冲。亚1微米直径的fs-X射线自由电子激光（X-FEL）光束可以通过中心孔沿光轴引入到靶上作为探针。讨论了光泵的不同实现方式。这样的光学元件便于超短fs脉冲在空间和时间上的对准，并且可以在目标的表面上和体积中的极端能量密度下用于光-物质相互作用实验。超短10 fs X-FEL探测脉冲与fs泵浦（光学）的充分优势打开了一个未探索的时间维度的相变和最快的激光诱导材料加热和淬火速率。介绍了飞秒激光在材料结构化和天文光子学特殊光学元件设计中的广泛应用。
2020-05-24 hep-ex physics.optics
Longitudinal shaping of plasma waveguides using diffractive axicons for laser wakefield acceleration
研究展示了一种八级对数衍射轴棱镜（LDA）用于产生米级等离子体波导，通过形成类贝塞尔光束和漏斗状通道入口，提升了多GeV激光尾场加速的波导耦合能力。
2025-03-03 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
3D-printed axicon enables extended depth-of-focus intravascular optical coherence tomography
本研究提出利用双光子直接激光写入（微型3D打印）制造自由曲面光束整形内窥镜探头，实现约8微米分辨率、>0.8 mm景深的血管内OCT成像，并在活体猪和离体人体动脉中验证，为衍射极限大景深探头奠定基础。
2024-07-20 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
High precision micro-optical elements on fiber facets via focused-ion beam machining
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文利用聚焦离子束在单模光纤核心一步法制备微球、微螺旋和微阿基米德螺旋结构，实现高精度光学元件集成，应用于量子技术中的光纤微腔、中性原子捕获和自由空间量子网络链接。
2026-10-06 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Spin-Wave Optical Elements: Towards Spin-Wave Fourier Optics
我们进行微磁学模拟，以研究自旋波光束通过自旋波光学元件的传播。尽管自旋波在磁介质中的传播是强各向异性的，我们使用轴棱锥激发自旋波贝塞尔-高斯光束和梯度折射率透镜聚焦自旋波类似于传统的光学与光在各向同性介质中。此外，我们证明了自旋波傅立叶光学梯度折射率透镜。这些结果有助于自旋波动光学的发展。
2019-06-05 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Optically Driven Gold Nanoparticles Seed Surface Bubble Nucleation in Plasmonic Suspension
光热表面气泡在催化、微流体和生物传感等广泛的应用中发挥着重要作用，但它们在浸没在等离子体纳米粒子（NP）悬浮液中的透明基底上的形成具有未知的起源。在这里，我们表明，纳米粒子沉积在基板上的色散光学力是负责这种光热表面气泡的成核。高速摄像表明，表面气泡的形成总是由光学驱动的纳米粒子移动到并粘附到表面之前。我们观察到，形成表面气泡的激光功率密度的阈值根据表面是面向光传播方向的前向还是后向而显著不同，这不能用纯粹的热过程（例如，通过等离子体纳米粒子的体积加热）。这可以归因于实现悬浮液中NP的光学拉动和推动所需的不同光功率密度。光牵引需要更高的光强度来激发纳米颗粒周围的超空化，以实现适当的光学配置。最终，这些光学沉积的纳米颗粒作为表面光热加热器工作，为表面气泡成核接种。我们还发现，有一个临界数密度的沉积纳米粒子在一个给定的激光功率密度成核的表面气泡，它是几乎相同的前向和后向的表面。我们的发现揭示了有趣的物理导致光热表面气泡产生等离子体NP悬浮液。
2020-10-29 physics.flu-dyn physics.optics
Stabilization of Optical Bubbles Near the Axis of a Helical Waveguide
该研究通过数值模拟发现，螺旋波导内散焦克尔介质中描述傍轴光圆偏振相互作用的耦合非线性薛定谔方程存在带涡旋的稳定旋转光学气泡解，其横向轮廓由波导参数、涡旋数和背景强度决定。
2024-08-12 nlin.PS physics.optics
Acoustically tuneable optical transmission through a subwavelength hole with a bubble
在亚波长大小的体积中有效地操纵光和声对于光子学、声子学和生物物理学中的应用是重要的，但仍然是难以捉摸的。我们从理论上证明了在亚波长，300 nm宽的充满水的孔与100 nm半径的气泡与MHz范围的超声波的光的控制。超声波驱动的气泡脉动调制孔孔径的有效折射率，这引起通过孔的光传输的光谱调谐。这种控制机制为可调谐声光和光机械超材料以及全光学超声转换开辟了新的机会。
2016-10-15 cond-mat.other physics.bio-ph physics.flu-dyn
Microparticle transport networks with holographic optical tweezers and cavitation bubbles
利用全息光镊制作了主动吸收微粒的光传输网络。粒子由光学势提供动力，光学势形成网络，并通过随机的蒸汽推进跳跃将其自身运输到不同的陷阱，而不需要外力或微制造的屏障。探索的光学陷阱的几何形状是正方形晶格，圆形阵列和随机阵列。陷阱之间的连接或可能路径的度分布是局部的，就像随机网络的情况一样。穿过$n$不同陷阱的通勤时间按$n^2$缩放，与连接网络上的随机行走一致。一旦一个粒子穿过网络，其他粒子就会由于蒸汽爆炸而被吸引。
2019-08-12 cond-mat.soft physics.optics
Transient trapping of two microparticles interacting with optical tweezers and cavitation bubbles
在这项工作中，我们表明，两个吸收微珠可以短暂地共享同一个光阱。光学力将粒子拉向捕获光束的腰部。然而，一旦颗粒到达腰部附近，周围的液体就会过热，产生爆炸或空化气泡，将颗粒推开，同时延长或缩短周围颗粒的轨迹。以这种方式，每个粒子在不同的时间与束腰发生短暂的相互作用。我们发现，当两个微珠同时到达腰部时，更大的爆炸可能导致从陷阱中喷出。我们测量了两个粒子在腰部附近聚并的特征时间尺度，发现了一个泊松衰减指数概率分布。结果与一个简单的模拟是一致的，并显示了为什么多个吸收粒子的瞬态捕获的特征时间尺度减少，因为更多的对象被添加。
2016-09-11 cond-mat.soft physics.optics
Coupling light and sound: Giant nonlinearities from oscillating bubbles and droplets (Review)
非线性光学过程对于电信、信号处理、数据存储、光谱学、传感和成像等领域至关重要。作为一个独立的研究领域，非线性光学开始于激光器的发明，因为产生光学非线性所需的强光的实际来源在以前是不可用的。然而，许多非线性光学系统的高功率要求限制了它们的使用，特别是在便携式或医疗应用中，因此存在开发能够利用由廉价且紧凑的源发射的低功率光产生非线性光学现象的新材料和谐振结构的推动。声学非线性，特别是气泡和液滴中的巨大声学非线性现象，比它们的光学对应物强得多。在这里，我们建议采用声学非线性产生新的光学频率，从而有效地再现非线性光学过程，而不需要激光。我们严格调查目前的文献致力于光与非线性声波的相互作用和高度非线性振荡的气泡和液滴。我们表明，声学非线性转换为光信号是可能的低成本的非相干光源，如发光二极管，这将迎来新的类低功耗光子器件，更实惠的偏远社区和发展中国家，或有苛刻的要求的大小，重量和功率。
2018-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.optics
Characterization of periodic cavitation in an optical tweezer
显微蒸汽爆炸或空化气泡可以周期性地产生在光学镊子与微粒，部分吸收在捕获激光波长。在这项工作中，我们测量的尺寸分布和生产率的空化气泡的微粒直径为3 $μ$ m，使用高速录像和快速光电二极管。我们发现，有一个下限的最大气泡半径$R_{max}\sim 2~μ$ m，这可以解释的微粒尺寸。所测量的$R_{max}$中的多于$94 \%$在2和6 $μ$ m之间的范围内，而相同百分比的所测量的单个频率$f_i$或产生速率在10和200 Hz之间。光电二极管信号产生气泡寿命的上限，其至多是由瑞利方程预测的值的两倍。我们还报告了$R_{max}$，$f_i$和气泡寿命之间的经验关系。
2016-01-15 physics.flu-dyn physics.optics
Photoacoustic Identification of Laser-induced Microbubbles as Light Scattering Centers for Optical Limiting in Liquid Suspension of Graphene Nanosheets
碳纳米管、石墨烯和过渡金属二硫属化物的悬浮液在光限幅方面表现出优异的性能。然而，潜在的机制仍然难以捉摸，通常归因于其优越的非线性光学性质，如非线性吸收或非线性散射。使用石墨烯作为一个例子，我们表明，光热微泡是负责的光限幅作为强光散射中心：石墨烯片吸收入射光，并成为加热到水的沸点以上，导致蒸汽和微泡的产生。这一结论是基于对激光束上方气泡的直接观察以及激光诱导超声与光限幅之间的强相关性。石墨烯的原位拉曼散射进一步证实，在激光脉冲下石墨烯的温度升高到水的沸点以上，但仍然保持太低而不能蒸发石墨烯并产生石墨烯等离子体气泡。光热气泡散射不是一个非线性光学过程，需要非常低的激光强度。这种理解有助于我们设计更有效的光限幅材料，并了解纳米材料的内在非线性光学性质。
2020-02-22 physics.optics
Interferometric Particle Imaging for Particle Sizing in the Front-, Side-, and Back-Scatter Region
干涉颗粒成像是一种广泛使用的光学测量技术，用于测量多分散球形颗粒（如液滴和气泡）的尺寸。在其传统方法中，该方法仅限于前向散射角，因此需要第二光学通道，限制了可能的应用范围。在本工作中，解决了散射角的这种限制，表明其他散射角，特别是在反向散射区域中也是适用的，将该技术扩展到仅具有单个光学访问的应用。提出了一种确定液滴和气泡散射角的通用方法。从颗粒的干涉图案的可见度标准是广义的和可能的眩光点配对和它们的分离在前向，侧向和后向散射制度的液滴和气泡进行了讨论。由于是最流行的例子，不同的散射角提出了水滴和气泡在水中。最后通过气泡尺寸测量实验对该方法进行了验证。
2023-03-28 physics.flu-dyn physics.optics
Robust Free-Space Optical Communication Utilizing Polarization
本文通过实验与仿真证明光穿过水下气泡湍流后偏振态和偏振度得以保持，为基于偏振的自由空间光通信提供了低成本测试方案和改进依据。
2024-04-01 physics.optics
Principles for single-pixel terahertz imaging based on the engineering of illuminating and collecting nonparaxial diffractive optics
本研究构建了基于平面硅基非傍轴衍射光学元件的无透镜单像素太赫兹成像系统框架，通过评估多类元件组合的成像性能提炼设计原则，为集成式紧凑型太赫兹成像系统的发展奠定基础。
2023-11-17 physics.app-ph physics.optics
