專利名稱：一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學領域，具體是一種可產生尺寸可調的單個局域空心光束(Bottle beam)或不同尺寸的周期性局域空心光束的新型光學元件。
背景技術：
局域空心光束(Bottle beam)是一種在光束傳播方向上有著強度為零的三維封閉區(qū)域的光束，并且在此區(qū)域外的三維空間都圍繞著高強度的光，具有極高的強度梯度。因為其特殊的光場分布，可作為激光導管、光鑷和光學扳手等工具，在微粒誘捕和顆粒物光學操控等領域發(fā)揮重要作用，因此，一直是光束傳輸與變換的研究熱點。目前，產生Bottle beam的方法有多種如光學全息法、Bessel光相干法、新型軸棱錐法、軸棱錐-透鏡法等。這些方法的不足之處是元件被制造出來之后其參量是單一固定的，由此它們只能產生單個尺寸固定的Bottle beam或是只能產生尺寸不變的周期性 Bottle beam。若要得到不同類型的Bottle beam，就需做不同的光學元件，這將是費時且代價昂貴的，不利于Bottle beam的實際應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，其可方便快捷產生尺寸可調的單個局域空心光束或不同尺寸的周期性局域空心光束。為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，具有由常用的光學玻璃制成的第一軸棱錐透鏡，此第一軸棱錐透鏡的中部沿其軸線方向貫通開設有半徑小于此第一軸棱錐透鏡的底面半徑的圓孔，上述圓孔內嵌設有由常用的光學玻璃制成的第二軸棱錐透鏡， 此第二軸棱錐透鏡的底面半徑與上述圓孔的半徑相等，且此第二軸棱錐透鏡的底角與上述第一軸棱錐透鏡的底角不相等。上述第一軸棱錐透鏡的底角大于上述第二軸棱錐透鏡的底角。上述第一軸棱錐透鏡的底角小于上述第二軸棱錐透鏡的底角。采用上述方案后，本發(fā)明的新型光學元件，按對光線偏折能力的不同可以分為兩部分，即中間部分(第二軸棱錐透鏡)和外圍環(huán)形部分(中部具有圓孔的第一軸棱錐透鏡)。兩部分相當于不同底角的軸棱錐透鏡。由于兩部分對光線的偏折能力不同，平面波入射該新型元件時，中間部分和外圍環(huán)形部分將產生兩束不同會聚角的錐面波。1)當中間部分(第二軸棱錐透鏡)的底角大于外圍環(huán)形部分(中部具有圓孔的第一軸棱錐透鏡)的底角時，兩束具有不同會聚角的錐面波將產生兩束分離的Bessel光，而在兩束Bessel光之間則出現了一個沒有光通過的區(qū)域，即Bottle beam。沿軸向前后移動第二軸棱錐透鏡或更換不同底角的第二軸棱錐透鏡即可按實際要求方便快捷地得到不同尺寸的單個Bottle beam。2)當中間部分(第二軸棱錐透鏡)的底角小于外圍環(huán)形部分(中部具有圓孔的第一軸棱錐透鏡)的底角時，兩束具有不同會聚角的錐面波分別產生兩束具有不同縱向波矢分量的Bessel光，而同頻率且具有不同縱向波矢分量的Bessel光相干疊加將產生周期性的 Bottle beam。沿軸向前后移動第二軸棱錐透鏡或更換不同底角的第二軸棱錐透鏡即可按實際要求方便快捷地得到不同尺寸的周期性Bottle beam。本發(fā)明的新型光學元件，其優(yōu)點在于通過單一元件即可獲得類型可調、尺寸可調的Bottle beam，具有元件加工相對容易、結構簡單、轉換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點。為獲取Bottle beam提供了一種簡潔、有效的新途徑。對于微粒的多層面操控具有特殊意義。


圖1為本發(fā)明實施例一的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一的光路示意圖；圖3為本發(fā)明實施例二的結構示意圖；圖4為本發(fā)明實施例二的光路示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發(fā)明的新型光學元件的結構和原理作進一步詳細的說明。實施例一本發(fā)明一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，實施例一如圖1-2所示，具有由常用的光學玻璃制成的第一軸棱錐透鏡1，第一軸棱錐透鏡1為沿Z軸旋轉對稱的旋轉體結構，此第一軸棱錐透鏡1的中部沿其軸線方向貫通開設有半徑小于此第一軸棱錐透鏡的底面半徑的圓孔11，圓孔11內嵌設有由常用的光學玻璃制成的第二軸棱錐透鏡 2，第二軸棱錐透鏡2也是沿Z軸旋轉對稱的旋轉體結構，即，第一軸棱錐透鏡1與第二軸棱錐透鏡2同軸設置，此第二軸棱錐透鏡2的底面半徑與圓孔11的半徑相等，第一軸棱錐透鏡的底角為Y1，第二軸棱錐透鏡2的底角為Y2，且Y2 > Y10由幾何光學和波動光學分析可知，平面波經過軸棱錐透鏡后所出射的錐面波的會聚角與軸棱錐透鏡的底角近似成正比關系。因此平面波入射該新型元件時，具有圓孔11的第一軸棱錐透鏡1和第二軸棱錐透鏡2將產生兩束不同會聚角的錐面波，且具有圓孔11的第一軸棱錐透鏡1出射錐面波具有較大的會聚角。兩部分具有不同會聚角的出射錐面波分別相干疊加，將形成兩束Bessel光，如圖2中AB⑶區(qū)域和EFGH區(qū)域。而在兩束Bessel光之間則出現了一個沒有光通過的區(qū)域，即Bottle beam，如圖2中CE之間的陰影部分所示。 且控制第二軸棱錐透鏡2在軸向的距離或底角Y2的大小即可得到不同尺寸的單個Bottle beam。實施例二本發(fā)明一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，實施例二如圖3-4所示，其與實施例一的區(qū)別僅在于第二軸棱錐透鏡2的底角Y2小于第一軸棱錐透鏡1的底角Y1，即Y2< Y10如圖4所示，兩束具有不同會聚角的錐面波分別產生兩束具有不同縱向波矢分量的Bessel光，而同頻率且具有不同縱向波矢分量的Bessel光相干疊加將產生周期性的Bottle beam，由于Y2 < Y i，第二軸棱錐透鏡2產生較大的匯聚角，導致AB⑶和 EFGH兩個無衍射區(qū)相交疊，如圖4陰影部分所示。此交疊區(qū)域由于Bessel光相干疊加將產生多個周期性的Bottle beam。且控制第二軸棱錐透鏡2在軸向的距離或底角Y2的大小即可改變Bottle beam的尺寸和重現周期。
權利要求
1.一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，其特征在于具有由常用的光學玻璃制成的第一軸棱錐透鏡，此第一軸棱錐透鏡的中部沿其軸線方向貫通開設有半徑小于此第一軸棱錐透鏡的底面半徑的圓孔，上述圓孔內嵌設有由常用的光學玻璃制成的第二軸棱錐透鏡，此第二軸棱錐透鏡的底面半徑與上述圓孔的半徑相等，且此第二軸棱錐透鏡的底角與上述第一軸棱錐透鏡的底角不相等。
2.根據權利要求1所述的一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，其特征在于上述第一軸棱錐透鏡的底角大于上述第二軸棱錐透鏡的底角。
3.根據權利要求1所述的一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，其特征在于上述第一軸棱錐透鏡的底角小于上述第二軸棱錐透鏡的底角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產生不同類型局域空心光束的新型光學元件，其具有由常用的光學玻璃制成的第一軸棱錐透鏡，此第一軸棱錐透鏡的中部沿其軸線方向貫通開設有半徑小于此第一軸棱錐透鏡的底面半徑的圓孔，上述圓孔內嵌設有由常用的光學玻璃制成的第二軸棱錐透鏡，此第二軸棱錐透鏡的底面半徑與上述圓孔的半徑相等，且此第二軸棱錐透鏡的底角與上述第一軸棱錐透鏡的底角不相等。本發(fā)明的新型光學元件，其優(yōu)點在于通過單一元件即可獲得類型可調、尺寸可調的Bottle beam，具有元件加工相對容易、結構簡單、轉換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點。為獲取Bottle beam提供了一種簡潔、有效的新途徑。對于微粒的多層面操控具有特殊意義。
文檔編號G02B3/00GK102520519SQ201110380508
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者吳逢鐵, 方翔 申請人:華僑大學