2026年4月2日——激光束固有的发散特性限制了其在精密应用中的效能。日本千叶大学联合美国及印度合作者开发出一种紧凑型方案，通过结合贝塞尔透镜与平面多层衍射透镜，成功生成边界锐利、抗干扰的无衍射光学瓶状光束。该光束具有交替的高对比度区域，在超过5厘米的传输距离内保持传播不变性，可应用于先进成像、光学捕获、谐波产生、微加工及高保真量子操作等领域。

多数激光源产生的高斯光束在传播过程中会发散。这种自然扩散使得光束难以在需要长距离聚焦的应用中保持效能。为解决这一难题，科研人员开发了可精确调控振幅、相位和偏振的结构化光束。

其中贝塞尔光束通过激光在空间中传播时的自干涉效应产生，但理想贝塞尔光束具有复杂的环形结构，不利于实际应用。现有生成先进光束形态（如光学瓶状光束）的方法往往需要复杂昂贵的装置及精密校准。

千叶大学研究团队现已开发出简易紧凑的新方法，可在自由空间传播中生成无衍射的激光链状光束。该系统首先通过二元轴棱镜将高斯光束转化为改良的零阶贝塞尔光束，随后利用平面多层衍射透镜（MDL）聚焦，形成边界清晰的高质量光学瓶状光束。

该研究由千叶大学分子手性研究中心的助理教授安德拉·雷迪（同时任职于印度Quantlight and High Harmonics Lab公司）领衔，合作者包括美国犹他大学电气与计算机工程系的拉杰什·梅农教授、美国Oblate Optics公司成员、千叶大学工程研究生院的阿拉姆·斯里尼瓦萨·拉奥博士及大松孝成教授，以及印度理工学院罗巴尔分校物理系的维什瓦·帕尔博士。

该论文于2026年2月18日在线发表，并收录于2026年3月4日出版的《ACS光子学》第13卷第5期。

雷迪博士表示："我们的实验研究提出了一种高效生成高质量微米级光学瓶状光束的新方法，该光束在自由空间中具有长距离无衍射特性，为推进光学应用及光-物质相互作用研究提供了显著优势。"

光学瓶状光束包含被亮区包围的系列暗区，形成可捕获并操控粒子与原子的"光笼"。新方法中，高斯光束首先经二元轴棱镜重塑为贝塞尔光束，再通过多层衍射透镜在自由空间实现紧聚焦与动态重塑。

当光束通过MDL传播时，受控的纵向干涉会形成交替的明暗区域。这些区域逐步结合形成高质量三维光学瓶状光束，该过程始于距透镜约20厘米的工作距离，并在自由空间长距离传播中保持稳定，展现出强无衍射与自修复特性。

该MDL由宽度7微米、高度0至1.7微米的同心圆环构成。通过逆向设计方法，该平面透镜精确调控入射光场，将贝塞尔光束转化为具有锐利明暗边界的传播不变光学瓶状光束。

与传统透镜相比，基于MDL的方案能优化调控输出光束的聚焦与衍射效率。该方法可通过超快激光实验验证，利用强非微扰光-物质相互作用实现光学瓶状光束的高次谐波产生。

这项研究结合紧凑设计、精密光束控制及扩展传播距离，提出了可规模化生成无衍射光学瓶状光束的实用方案，推动了新一代光学与光子技术的发展。

雷迪博士指出："本研究成果有望应用于随机介质高分辨生物成像、粒子捕获操控、微加工及驱动高次谐波产生等实时应用场景。"