可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 局域空心光束（Bottle beam)是指一種在光束的傳播方向上有著強(qiáng)度為零的區(qū) 域，且在此區(qū)域外三維空間都圍繞著高強(qiáng)度光束的一種特殊空心光束。由于它具有三維封 閉的暗中空區(qū)域和極高的強(qiáng)度梯度，可用于微粒捕獲、顆粒物光學(xué)操控等領(lǐng)域，因此空心局 域光束的產(chǎn)生和應(yīng)用研究已成為光學(xué)領(lǐng)域一個(gè)很重要的課題。
[0003] 局域空心光束根據(jù)產(chǎn)生情況分為單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束兩種。 兩種局域空心光束各具特點(diǎn)：單個(gè)局域空心光束可產(chǎn)生較大尺寸的暗中空區(qū)域，可用于較 大尺寸微粒的操控；周期性局域空心光束的暗中空區(qū)域尺寸較小，但是一次可產(chǎn)生多個(gè)暗 中空區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)微粒的多層次操控。因此兩種局域空心光束的應(yīng)用場合也各不相同。
[0004] 現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的無法產(chǎn)生周期性局域空心光束，而能 夠產(chǎn)生周期性局域空心光束又無法產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束，極不利于局域空心光束的實(shí)際 應(yīng)用。
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有產(chǎn)生局域空心光束光學(xué)系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了深入 研究，本案由此產(chǎn)生。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束 的光學(xué)系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依 次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器、圓柱狀透鏡和軸棱錐，圓柱狀透鏡的半徑為b，軸棱 錐的底面半徑為c，c>b，圓柱狀透鏡的底面開設(shè)有以此底面為圓錐底面且與圓柱狀透鏡同 軸并等高的內(nèi)凹圓錐腔，此內(nèi)凹圓錐腔的底面半徑為a，a〈b，此內(nèi)凹圓錐腔的底角 Γι小于軸 棱錐的底角r2，此內(nèi)凹圓錐腔的底面朝向軸棱錐的底面，圓柱狀透鏡與軸棱錐之間的距離 為L:
[0009] 采用上述方案后，本實(shí)用新型一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光 束的光學(xué)系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直形成近似平面波，平 面波通過帶內(nèi)凹圓錐腔的圓柱狀透鏡被分為兩部分（中間部分和外圍環(huán)形部分）光束向前 傳輸?shù)捷S棱錐底部，外圍環(huán)形部分保持原有光學(xué)性質(zhì)正入射軸棱錐底部，中間部分在內(nèi)凹 圓錐腔的作用下變換為具有發(fā)散角^的錐面波入射軸棱錐底部，調(diào)整圓柱狀透鏡與軸棱錐 之間的距離L，當(dāng)
I寸可得到單個(gè)局域空心光束，當(dāng)
時(shí)，可產(chǎn)生周期性局域空心光束。本實(shí)用新型采用一套光學(xué)系統(tǒng)就可以方便地獲得單個(gè)局 域空心光束和周期性局域空心光束，而且結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中元件數(shù)量少，元件加工相對容 易、對材料折射率沒有特殊要求。為獲取局域空心光束提供一種簡潔、有效的新途徑。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2a為圖1中圓柱狀透鏡的側(cè)視圖；圖2b為圖1中圓柱狀透鏡的立體圖；
[0012] 圖3a為圖1中軸棱錐的側(cè)視圖；圖3b為圖1中軸棱錐的立體圖；
[0013] 圖4為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的原理示意圖；
[0014] 圖5為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生周期性局域空心光束的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本實(shí)用新型一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，如 圖1所示，包括在光學(xué)導(dǎo)軌上沿光路依次設(shè)置的激光器1〇〇、望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器200、圓柱狀 透鏡300和軸棱錐400。
[0016] 如圖2a、2b、3a、3b所示，圓柱狀透鏡300的半徑為b，軸棱錐的底面半徑為c，c>b， 圓柱狀透鏡300的一個(gè)底面31開設(shè)有以底面31為圓錐底面且與圓柱狀透鏡300同軸并等 高的內(nèi)凹圓錐腔32,此內(nèi)凹圓錐腔32的底面半徑為a，a〈b。加工時(shí)，可在圓柱狀透鏡300 的底面31的中心位置磨削出一個(gè)與圓柱狀透鏡300同軸并等高的內(nèi)凹圓錐腔32,圓柱狀 透鏡300的底面31被內(nèi)凹圓錐腔32分成兩個(gè)部分，即，對應(yīng)于內(nèi)凹圓錐腔32的底面的半 徑為a的中間部分和余下的外圍環(huán)形部分。且此內(nèi)凹圓錐腔300的底角 Γι小于軸棱錐400 的底角r2。在本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)中，此內(nèi)凹圓錐腔32的底面朝向軸棱錐400的底面。
[0017] 本實(shí)用新型產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的原理如下：
[0018] 激光器100產(chǎn)生的激光束經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器200擴(kuò)束準(zhǔn)直形成近似平面波， 平面波通過帶內(nèi)凹圓錐腔32的圓柱狀透鏡300被分為兩部分光束（圖4、5中用實(shí)線和虛 線分別表示）向前傳輸?shù)捷S棱錐400底部：（1)射入外圍環(huán)形部分的光束保持原有光學(xué)性 質(zhì)正入射軸棱錐400底部，圖4、5中用虛線表示；（2)射入中間部分的光束在內(nèi)凹圓錐腔32 的作用下變換為具有發(fā)散角A的錐面波入射軸棱錐400底部，圖4、5中用實(shí)線表示。
[0019] 射入外圍環(huán)形部分的光束（虛線）在軸棱錐400作用下變換為具有會(huì)聚角r2的錐 面波，在光軸上形成貝塞爾光束區(qū)域ABCD ;具有發(fā)散角^的錐面波（實(shí)線）在軸棱錐400 的作用下變換為具有會(huì)聚角r2-ri的新錐面波，在光軸上形成貝塞爾光束區(qū)域EFGH。
[0020] 圖4、5中L為帶內(nèi)凹圓錐腔的圓柱狀透鏡300與軸棱錐400之間的距離。
[0021] (1)如圖4所示，：
吋，兩塊貝塞爾光束區(qū)域ABCD和EFGH 的中間會(huì)出現(xiàn)一塊被外圍光束封閉的暗中空區(qū)域（圖4中用黑色陰影表示），即單個(gè)局域空 心光束。而且增大L能夠增大這塊暗中空區(qū)域的尺寸；減小L能夠減小這塊暗中空區(qū)域的 尺寸。
[0022] (2)如圖5所示，當(dāng)
^時(shí)，兩塊貝塞爾光束區(qū)域ABCD和EFGH會(huì)相 交，即兩塊區(qū)域存在公共部分（圖5中用黑色陰影表示）。由于形成兩束貝塞爾光束的錐面 波的會(huì)聚角不同（分別SrjPr2-ri)，兩束貝塞爾光束的縱向波矢量也不相同。兩束具有 不同縱向波矢量的貝塞爾光束在兩塊貝塞爾光束區(qū)域ABCD和EFGH的公共部分（圖5中黑 色陰影部分）相干疊加形成周期性局域空心光束。
[0023] 本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)，采用一套光學(xué)系統(tǒng)就可以方便獲得單個(gè)局域空心光束和 周期性局域空心光束，而且結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中元件數(shù)量少，元件加工相對容易、對材料折射 率沒有特殊要求。為獲取局域空心光束提供一種簡潔、有效的新途徑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：包 括沿光路依次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器、圓柱狀透鏡和軸棱錐，圓柱狀透鏡的半徑 為b，軸棱錐的底面半徑為c，c>b，圓柱狀透鏡的底面開設(shè)有以此底面為圓錐底面且與圓柱 狀透鏡同軸并等高的內(nèi)凹圓錐腔，此內(nèi)凹圓錐腔的底面半徑為a，a〈b，此內(nèi)凹圓錐腔的底角 ^小于軸棱錐的底角r2，此內(nèi)凹圓錐腔的底面朝向軸棱錐的底面，圓柱狀透鏡與軸棱錐之 間的距離為L，
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其包括沿光路依次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直器、圓柱狀透鏡和軸棱錐，圓柱狀透鏡的半徑為b,軸棱錐的底面半徑為c，c>b，圓柱狀透鏡的底面開設(shè)有以此底面為圓錐底面且與圓柱狀透鏡同軸并等高的內(nèi)凹圓錐腔，此內(nèi)凹圓錐腔的底面半徑為a，a<b，此內(nèi)凹圓錐腔的底角r1小于軸棱錐的底角r2，此內(nèi)凹圓錐腔的底面朝向軸棱錐的底面，圓柱狀透鏡與軸棱錐之間的距離為L，<maths num="0001"></maths>或<maths num="0002"></maths>本實(shí)用新型采用一套光學(xué)系統(tǒng)就可以方便地獲得單個(gè)局域空心光束和周期性局域空心光束，而且結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中元件數(shù)量少，元件加工相對容易、對材料折射率沒有特殊要求。
【IPC分類】G02B27/09
【公開號】CN204807812
【申請?zhí)枴緾N201520414997
【發(fā)明人】吳志偉, 楊惠山
【申請人】泉州師范學(xué)院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月16日