近日，我室硕士研究生钱见超（第一作者）与吴端端副研究员（通讯作者）在Optics & Laser Technology(IF 5.0)上发表了题为“Femtosecond laser direct writing empowered chalcogenide glass: monolithic curved fork grating for infrared bessel-vortex beam generation”的研究论文。

       文章链接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.115370。

       贝塞尔-涡旋光束（Bessel-vortex beams）兼具无衍射传播特性与轨道角动量（OAM）的优势，在红外波段的光通信、高分辨率成像以及微粒操纵等领域展现出巨大的应用潜力。然而，现有的贝塞尔-涡旋光束生成方法（如采用空间光调制器或传统多步光刻工艺）往往存在系统复杂、体积庞大或红外波段材料兼容性差等问题。为了满足未来红外光子学系统对器件小型化、高集成的需求，探索兼容优异红外材料的单片集成加工技术成为了亟待解决的关键难题。

图1飞秒直写加工光路示意图与多层加工深度

       本研究基于飞秒激光直写技术，在硫系玻璃（As₂₇S₆₃）基底上成功设计并制备出具有独特相位调制特性的单片式弯曲叉形光栅（CFG）。在制造工艺上，该器件展现出显著的浅刻蚀红利：得益于硫系玻璃的高折射率（n≈2.43 @1550 nm），在1550 nm波长下实现 π 相位调制仅需约0.54 μm 的刻蚀深度，远低于熔融石英所需的 1.34 μm。这一浅刻蚀深度不仅大幅降低了飞秒激光直写的整体难度，更在高精度线阵填充扫描与逐层精准直写过程中，有效避免了多次扫描引发的热累积与材料再沉积问题，从而打造出表面光滑、形貌精细的高质量微纳衍射表面。不仅如此，该器件还表现出优异的波段兼容性与集成潜力：在保持上述加工优势的同时，仅需调整结构参数即可向中红外波段平滑拓展。该工作不仅有力验证了硫系红外材料单片集成微纳光学元件精密制造的可行性与可靠性，也为未来红外光学系统的小型化集成与多功能光束整形开辟了全新的技术路径。两种不同基底制备的不同拓扑荷的器件性能对比如图2所示。

图2不同基底以及不同拓扑荷对应的CFG及其衍射效率对比

       光学测试表明，该硫系基底制备的CFG器件成功实现了1550 nm波长下拓扑电荷数 l=1~5 的贝塞尔-涡旋光束稳定输出，展现出各约30%的1级衍射效率与近700 μm的无衍射传播距离；且在多级拓扑电荷演化与长距离传播后，光束中心暗核依旧清晰、空间分离级次未发生显著退化，模式纯度高。器件形貌与测试结果如图3所示。

图3不同拓扑荷对应的CFG及其衍射结果与无衍射距离测量

       该工作首次通过实验证明了在硫系玻璃中利用飞秒直写技术单片式弯曲叉形光栅并高效生成红外贝塞尔-涡旋光束的可行性，探索出将该技术作为兼具中红外拓展潜力与光纤集成化的新型微纳器件平台。