周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種周期Bottle?beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，其包括光學(xué)平臺，該光學(xué)平臺上放置有激光器，沿該激光器的激光光路依次放置中心都在光軸上的可調(diào)衰減器、短焦距透鏡、長焦距透鏡、光闌、第一軸棱錐、第二軸棱錐和不透光障礙物。其中短焦距透鏡和長焦距透鏡之間的距離為兩透鏡的焦距之和；第一軸棱錐緊靠著光闌；第一軸棱錐的底角γ1小于第二軸棱錐的底角γ2；第二軸棱錐處在第一軸棱錐產(chǎn)生的1/2最大無衍射距離處；不透光障礙物與第二軸棱錐之間的距離小于10cm。本實用新型光學(xué)系統(tǒng)為研究周期Bottle?beam自重建提供了新的方法，使得周期Bottle?beam在操控粒子，甚至是微粒的多層面操控中提供了更為有力的條件。
【專利說明】周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種利用圓錐透鏡對無衍射貝塞爾(Bessel)光束進行線聚焦，產(chǎn)生周期局域空心光束(Bottle beam)后經(jīng)障礙物發(fā)生自重建的技術(shù)研究。
【背景技術(shù)】
[0002]自1987年J.Durnin首次提出了無衍射Bessel光束以來，由于其特有的性質(zhì)而被廣泛地應(yīng)用于粒子囚禁、粒子的光學(xué)引導(dǎo)、生物細(xì)胞的成像和信息提取、光學(xué)成像、光學(xué)拉力等領(lǐng)域。
[0003]無衍射Bessel光束經(jīng)過整形后可以產(chǎn)生Bottle beam，它是一束在傳播方向上有著光強極小(甚至為零)的暗中空區(qū)域，在此區(qū)域外圍繞著高強度光的一種特殊空心光束。由于Bottle beam具有三維封閉的暗中空區(qū)域和極高的強度梯度，可以捕獲進而操控微小粒子，實現(xiàn)對微粒的全方位三維操作，可以作為激光導(dǎo)管和光學(xué)扳手等工具，尤其是作為光鑷操縱微粒具有非接觸、低損傷等優(yōu)點。它作為激光導(dǎo)管和光學(xué)扳手等在生命科學(xué)和納米科技中起到了不可忽略的作用。
[0004]無衍射Bessel光束除了無衍射特性外，它的另一個重要特性就是遇到障礙物后可以實現(xiàn)光束的自重建，周期Bottle beam也具有自重建的特性。
[0005]基于周期Bottle beam的這種特性，本實用新型人提出了一種用軸棱錐對無衍射Bessel光束進行線聚焦來產(chǎn)生周期Bottle beam后經(jīng)障礙物重建的光學(xué)系統(tǒng)，用于對周期Bottle beam自重建的特性進行研究。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，用于對周期Bottle beam自重建的特性進行研究，為研究周期Bottle beam自重建提供了一種簡潔、有效的途徑。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺，該光學(xué)平臺上放置有激光器，沿該激光器的激光光路依次放置可調(diào)衰減器、短焦距透鏡、長焦距透鏡、光闌、第一軸棱錐、第二軸棱錐和不透光障礙物；其中，激光器、可調(diào)衰減器、短焦距透鏡、長焦距透鏡、光闌、第一軸棱錐、第二軸棱錐和不透光障礙物的中心都在光軸上；上述短焦距透鏡和長焦距透鏡之間的距離為兩透鏡的焦距之和；上述第一軸棱錐緊靠著上述光闌；上述第一軸棱錐的底角小于上述第二軸棱錐的底角Y2;上述第二軸棱錐處在上述第一軸棱錐產(chǎn)生的1/2最大無衍射距離處；上述不透光障礙物與上述第二軸棱錐之間的距離小于10cm。
[0009]上述激光器為He-Ne激光器。
[0010]上述可調(diào)衰減器由二偏振片組成，由該二偏振片的偏振方向形成的夾角為可調(diào)。
[0011]上述光闌為半徑可調(diào)的圓形光闌，用于改變?nèi)肷涞缴鲜龅谝惠S棱錐的光束半徑。
[0012]采用上述方案后，當(dāng)激光器發(fā)出的激光光束依次經(jīng)可調(diào)衰減器的衰減、短焦距透鏡和長焦距透鏡準(zhǔn)直擴束后，經(jīng)由光闌，再正入射到第一軸棱錐上，并在第一軸棱錐后一定距離內(nèi)形成近似無衍射區(qū)域，在此無衍射區(qū)域內(nèi)由第二軸棱錐對產(chǎn)生的無衍射光束進行聚焦而形成周期Bottle beam,在周期Bottle beam范圍內(nèi)放入不透光障礙物，周期Bottlebeam不會因此而停止，而是繞過不透光障礙物繼續(xù)向前傳播。在不透光障礙物后面將投下陰影區(qū)，而后逐漸恢復(fù)到周期Bottle beam的光強分布。
[0013]本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)為研究周期Bottle beam自重建提供了一種簡潔、有效的方法。對周期Bottle beam在多層面粒子操控和光學(xué)微操作等方面的應(yīng)用提供了有力的條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；
【具體實施方式】
[0016]為了進一步解釋本實用新型系統(tǒng)的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理進行詳細(xì)闡述。
[0017]本實用新型的一種周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，用于對周期Bottle beam自重建的特性進行研究，如圖1所示，包括光學(xué)平臺1和分別用固定支架2支撐定位的He-Ne激光器3、可調(diào)衰減器4、短焦距透鏡5、長焦距透鏡6、光闌7、第一軸棱錐8、第二軸棱錐9和不透光障礙物10。具體地，在光學(xué)平臺1上放置He-Ne激光器3，光學(xué)平臺1上沿該He-Ne激光器3的激光光路依次放置所述可調(diào)衰減器4、短焦距透鏡5、長焦距透鏡6、光闌7、第一軸棱錐8、第二軸棱錐9和不透光障礙物10，且He-Ne激光器3、可調(diào)衰減器4、短焦距透鏡5、長焦距透鏡6、光闌7、第一軸棱錐8、第二軸棱錐9和不透光障礙物10的中心都在光軸上。
[0018]其中，可調(diào)衰減器4由兩片直徑62_的偏振片組成，兩偏振片方向之間的夾角可通過旋轉(zhuǎn)偏振片得到改變，用于對He-Ne激光器3發(fā)出的光束進行衰減方便人眼觀察。
[0019]其中，短焦距透鏡5和長焦距透鏡6組成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，用于對He-Ne激光器3輸出的激光進行準(zhǔn)直擴束，短焦距透鏡5和長焦距透鏡6之間的距離為此兩透鏡的焦距之和；
[0020]其中，第一軸棱錐8緊靠著光闌7 ;第一軸棱錐8的底角Y !小于第二軸棱錐9的底角Y 2 ;第二軸棱錐9處在第一軸棱錐8產(chǎn)生的1/2最大無衍射距離處；不透光障礙物10處在第二軸棱錐9之后，并且與第二軸棱錐9之間的距離小于10cm，此間距可選擇5cm。
[0021]其中，光闌7為半徑可調(diào)的圓形光闌，用于改變?nèi)肷涞降谝惠S棱錐8的光束半徑；本實用新型中，不透光障礙物10可采用菲林片。
[0022]如圖2所示，首先He-Ne激光器3打開，激光光束經(jīng)可調(diào)衰減器4衰減、短焦距透鏡5和長焦距透鏡6進行準(zhǔn)直擴束后，經(jīng)過孔徑為R的光闌7，再正入射第一軸棱錐8，在第一軸棱錐8后一定距離內(nèi)形成近似無衍射區(qū)域。在該無衍射區(qū)域中，其最大無衍射距離可由公式Zmax~R/[(n-l) yj計算得到，其中R為光闌7的半徑，η為第一軸棱錐8和第二軸棱錐9的折射率，y 1為第一軸棱錐8的底角。在第一軸棱錐8產(chǎn)生的1/2最大無衍射處，用底角為Υ2的第二軸棱錐9對無衍射光進行線聚焦。在第二軸棱錐9后將產(chǎn)生周期性Bottlebeam，在第二軸棱錐9后，并且與第二軸棱錐相距小于10cm處放入不透光障礙物10。ZQ為第一軸棱錐8和第二軸棱錐9之間的距離，Z0 ^ 1/2.Zmax，在不透光障礙物10后可以觀察到Bottle beam自重建的全過程。最小自重建距離為Zmin = min(a/[(n_l) ( Υ 1Υ 2) ], a/[(11-1)(Y2-Y1)])，其中3為不透光障礙物10的半徑，Y2為第二軸棱錐9的底角。
[0023]由此，本光學(xué)系統(tǒng)為研究周期Bottle beam自重建提供了一種簡潔、有效的方法。在實際應(yīng)用中，特別是對于多層面粒子操控和光學(xué)微操作具有特殊意義。
[0024]上述實施例和圖式并非限定本實用新型系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實用新型系統(tǒng)的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種周期Bottle beam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:包括光學(xué)平臺，該光學(xué)平臺上放置有激光器，沿該激光器的激光光路依次放置可調(diào)衰減器、短焦距透鏡、長焦距透鏡、光闌、第一軸棱錐、第二軸棱錐和不透光障礙物；其中，激光器、可調(diào)衰減器、短焦距透鏡、長焦距透鏡、光闌、第一軸棱錐、第二軸棱錐和不透光障礙物的中心都在光軸上；上述短焦距透鏡和長焦距透鏡之間的距離為兩透鏡的焦距之和；上述第一軸棱錐緊靠著上述光闌；上述第一軸棱錐的底角Y工小于上述第二軸棱錐的底角Y2 ;上述第二軸棱錐處在上述第一軸棱錐產(chǎn)生的1/2最大無衍射距離處；上述不透光障礙物與上述第二軸棱錐之間的距離小于10cmo
2.如權(quán)利要求1所述的一種周期Bottlebeam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:上述激光器為He-Ne激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種周期Bottlebeam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:上述可調(diào)衰減器由兩片直徑62mm的偏振片組成，兩偏振片方向之間的夾角可通過旋轉(zhuǎn)偏振片得到改變。
4.如權(quán)利要求1所述的一種周期Bottlebeam自重建的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:上述光闌為半徑可調(diào)的圓形光闌，用于改變?nèi)肷涞缴鲜龅谝惠S棱錐的光束半徑。
【文檔編號】G02B27/09GK203480128SQ201320254119
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】吳逢鐵, 杜團結(jié), 王濤 申請人:華僑大學(xué)