现有方法提供的贝塞尔光束无法支持远程传感。在这里，我们提出了一种具有同心分布光栅阵列的集成硅光子芯片，以产生长距离的贝塞尔高斯光束。光斑测量位置为10.24m，工作波长为1500nm至1630nm。我们还测量了旋转目标的旋转速度和距离来验证其实用性。预计贝塞尔-高斯光束将广泛应用于激光雷达、激光传感等领域。
贝塞尔光束具有显着的景深和自愈特性，已被广泛应用于量子纠缠、水下3D成像、光学微操作、显微镜等领域。然而，这些方法，例如圆形狭缝和透镜、轴锥镜、空间光调制器（SLM），由于使用了庞大的光学元件而变得复杂，阻碍了贝塞尔光束产生系统在实际应用中的应用。最近，人们提出了几种紧凑的系统，通过使用光子集成电路（PIC）、超表面、集成波导和 3D 打印光纤来生成贝塞尔光束。但上述技术产生的贝塞尔光束的传播距离较短，
在《光科学与应用》上发表的一项新研究中，由中国长春吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室宋俊峰教授领导的科学家团队和中国深圳鹏城实验室和同事提出了一种前所未有的基于硅光子光栅阵列的结构，以产生具有长传播距离（测量10.24 m）的贝塞尔高斯光束（BGb）。光栅阵列同心分布在芯片上。此外，还获得了在1500 nm至1630 nm波长范围内操作的BGb分布。光强的空间分布遵循第一类贝塞尔函数。最后但是同样重要的，他们还应用方位偏振 BGb 同时测量目标的旋转速度和距离。通过集成工艺的紧凑尺寸、低成本和大规模生产潜力，所报道的方法和技术有望在广泛的光通信和微操纵应用中轻松实现贝塞尔高斯光束。
该小组总结了他们的集成硅光子芯片产生长距离贝塞尔高斯光束的原理：
“BGb可以通过一系列高斯光束的叠加获得。该过程不仅与发射角有关，还与高斯光束的发散半角有关。由于高斯光束之间的相干性和圆形分布的对称性，在重叠区域形成贝塞尔-高斯光束。高斯光束的发射角和发散角决定了重叠区域的空间位置。理论上，重叠面积可以达到无穷大。”
“接下来，为了产生长距离BGb，波导结构经过精心设计，特别是光栅阵列宽度和光栅周期。我们做了很多模拟，最终确定了它们的大小。如图1所示，整个环形结构直径为870μm，64通道光栅发射器呈圆形排列。该光子芯片采用新加坡先进微铸造厂 (AMF) 标准 130 nm 8 英寸 CMOS 工艺在绝缘体上硅 (SOI) 基板上制造。”
“旋转是自然界的一种基本现象，测量旋转速度的有效方法对于揭示物理特性、管理精密机械和分析天体的组成至关重要。为了演示生成的 BGb 的功能（如图 2 所示），我们还通过旋转多普勒效应实验测量旋转物体的旋转速度，并通过相位激光测距原理测量距离。片上 BGb 可以提供有效旋转测量的集成解决方案。”
“由于该器件的面积不到1平方毫米，批量生产时单个器件的成本将降至50美分以下。这种低成本、高质量、长距离的片上BGb发生器是未来贝塞尔光束在大规模、小型化和高稳定性应用场景中的关键。”他们补充道。
