菲涅耳波带片是一种能够实现光束聚焦和无透镜成像的衍射光学元件，在从可见光波段到X射线波段都有广泛的应用。近些年来，人们利用刻蚀工艺、空间光调制器以及激光加工等方法制作菲涅耳波带片来实现对光束的聚焦。但是这些方法都局限在线性光学范畴，即当一束单色激光入射到菲涅耳波带片上时，只能实现一种频率光束的聚焦。

基于此，我们利用飞秒激光微加工技术在具有特定切向的铌酸锂晶体内部直写二维菲涅耳波带片结构。晶体中飞秒激光脉冲照射区域由于结晶度的减少导致二阶非线性系数χ^2被擦除，而未被照射区域的χ^2还是保持原来的数值。从而制作出了二阶非线性系数χ^2具有0和+1两种数值的振幅型非线性菲涅耳波带片结构（Amplitude-type nonlinear Fresnel zone plates, A-NFZP）。我们用1064nm的基频光进行二次谐波产生实验，通过CCD接收不同位置处的光场图样。利用晶体的双折射相位匹配，实现了基频光和倍频光两种波长光束的同时聚焦。这项工作基于飞秒激光微加工技术，提供了一种实现双波长光束同时聚焦的方法，未来有望于在集成激光光束整形、超小型芯片设备的激光聚焦等领域得到应用。

图：振幅型菲涅耳波带片双波长聚焦实验及飞秒激光微加工过程的示意图

该成果发表在 “Bing Zhu, Xiangmin Liu, Haigang Liu, Yi’an Liu, Xiongshuo Yan, Yuping Chen*, and Xianfeng Chen, Dual-Wavelength Focusing through Fresnel Zone Plate Fabricated in Lithium Niobate Crystal by Femtosecond Laser Micromachining, Phys. Status Solidi RRL. (2020). doi: 10.1002/pssr.202000213.”

论文链接：https://doi.org/10.1002/pssr.202000213