專利名稱：一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)的新型錐透鏡，可作為激光導(dǎo)管、光鑷和光學(xué)扳手等的工具，還可以用于激光囚禁微觀粒子和中性原子、分子、生物細(xì)胞等，在生命科學(xué)和納米科技中有重要應(yīng)用。
背景技術(shù)：
局域空心光束(Bottle beam)是一種在光束傳播方向上有著強(qiáng)度極低(甚至為零)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(qiáng)度的光，具有極高的強(qiáng)度梯度；Bottle beam的這些特點(diǎn)，使其在激光俘獲、誘導(dǎo)微觀粒子(如微米粒子、納米粒子、自由電子及生物細(xì)胞等)，以及實(shí)現(xiàn)全光冷卻與囚禁玻色-愛(ài)因斯坦凝聚等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前，產(chǎn)生Bottle beam的方法有多種如光學(xué)全息法、無(wú)衍射Bessel光相干法、 軸棱錐-透鏡法等；其中光學(xué)全息法的抗損傷閾值比較低，限制了 Bottle的強(qiáng)度，Bessel 光相干法和軸棱錐-透鏡法都需要多個(gè)光學(xué)元件，且需要精確調(diào)試光路，在實(shí)際應(yīng)用中存有一定的局限性。有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的錐透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，本案由此產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，能夠通過(guò)單一元件即可獲得尺寸可調(diào)的單個(gè)局域空心光束，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件加工簡(jiǎn)易、轉(zhuǎn)換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是—種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，其為一軸棱錐，于該軸棱錐的底部形成一內(nèi)凹的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，且該圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角小于上述軸棱錐的底角。上述圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的外圍半徑與上述軸棱錐的底面半徑相等。采用上述方案后，本實(shí)用新型的新型錐透鏡由于在軸棱錐的底部形成一內(nèi)凹的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，且該圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角小于軸棱錐的底角，則按對(duì)光線偏折能力的不同，可以將新型錐透鏡分為中間部分和外圍環(huán)形部分，該兩部分相當(dāng)于不同底角的軸棱錐，由于中間部分相對(duì)于外圍環(huán)形部分對(duì)光線偏折能力較強(qiáng)，所以在平面波入射到該新型錐透鏡時(shí)，中間部分和外圍環(huán)形部分將產(chǎn)生兩束分離的貝塞爾(Bessel)光，而在兩束B(niǎo)essel光之間則出現(xiàn)了一個(gè)沒(méi)有光通過(guò)的區(qū)域，即單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)。因此，本實(shí)用新型通過(guò)單一元件即可獲得單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)，具有元件加工相對(duì)容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)，為獲取Bottle beam提供了一種簡(jiǎn)潔、有效的新途徑；另外，通過(guò)調(diào)節(jié)圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角或內(nèi)底半徑大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)的尺寸的可調(diào)作用，在實(shí)際應(yīng)用中，特別是對(duì)于微粒的單
3層面和多層面操控具有特殊意義。
圖1為本實(shí)用新型的側(cè)視圖；圖2為本實(shí)用新型的立體視角圖；圖3為本實(shí)用新型另一角度的立體視角圖；圖4為本實(shí)用新型新型產(chǎn)生單個(gè)Bottle beam的光路示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明新型錐透鏡的結(jié)構(gòu)和原理作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1-3所示為本實(shí)用新型一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，其為一采用常用光學(xué)玻璃材料制成的軸棱錐1，于該軸棱錐1的底部通過(guò)磨削方式形成一內(nèi)凹的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)2，且該圓臺(tái)結(jié)構(gòu)2的底角小于軸棱錐1的底角。作為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例，如圖4所示，圓臺(tái)結(jié)構(gòu)2的外圍半徑與軸棱錐1的底面半徑相等；其中，設(shè)置軸棱錐的底面半徑為R1,底角為Y工，圓臺(tái)結(jié)構(gòu)2的外圍半徑為R1, 內(nèi)底面半徑為&，底角為Y2，且Y2 < Y10則按對(duì)光線偏折能力的不同，可以將所述新型錐透鏡分為中間部分3和外圍環(huán)形部分4，該兩部分相當(dāng)于不同底角的軸棱錐。由幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)分析可知，平面波入射該新型錐透鏡時(shí)，中心部分3相當(dāng)于底角為Y1的傳統(tǒng)軸棱錐，外圍環(huán)形部分4相當(dāng)于底角為Y1-Y2W傳統(tǒng)軸棱錐，已知出射錐面波的會(huì)聚角與軸棱錐底角近似成正比關(guān)系，因此新型錐透鏡的中間部分3和外圍環(huán)形部分4出射的錐面波將具有不同的會(huì)聚角，且中間部分3出射的錐面波具有較大的會(huì)聚角；所述中間部分3和外圍環(huán)形部分4出射的不同會(huì)聚角的錐面波分別相干疊加，形成兩束貝塞爾(Bessel)光，分別為AB⑶區(qū)域和EFGH區(qū)域，并在該兩束B(niǎo)essel光之間則出現(xiàn)了一個(gè)沒(méi)有光通過(guò)的區(qū)域，即單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)，如圖4中CE之間的陰影部分所示。綜上所述，本實(shí)用新型只需通過(guò)單一元件即可獲得單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)，具有元件加工相對(duì)容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)，為獲取 Bottle beam提供了一種簡(jiǎn)潔、有效的新途徑；另外，通過(guò)調(diào)節(jié)圓臺(tái)結(jié)構(gòu)2的底角Y2或內(nèi)底半徑&的大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)的尺寸的可調(diào)作用。本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中，可作為激光導(dǎo)管、光鑷和光學(xué)扳手等的工具，還可以用于激光囚禁微觀粒子和中性原子、分子、生物細(xì)胞等，在生命科學(xué)和納米科技中，特別是對(duì)于微粒的單層面和多層面操控具有特殊意義。上述實(shí)施例和圖式并非限定本實(shí)用新型的產(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(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實(shí)用新型的專利范疇。
權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，為一軸棱錐，其特征在于于該軸棱錐的底部形成一內(nèi)凹的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，且該圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角小于上述軸棱錐的底角。
2.如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，其特征在于上述圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的外圍半徑與上述軸棱錐的底面半徑相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種產(chǎn)生單個(gè)局域空心光束的新型錐透鏡，其為一軸棱錐，于該軸棱錐的底部形成一內(nèi)凹的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，且該圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角小于上述軸棱錐的底角；本實(shí)用新型能夠通過(guò)單一元件即可獲得單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)，具有元件加工相對(duì)容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高、光損傷閾值高的優(yōu)點(diǎn)，為獲取Bottle beam提供了一種簡(jiǎn)潔、有效的新途徑；另外，通過(guò)調(diào)節(jié)圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的底角或內(nèi)底半徑大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)局域空心光束(Bottle beam)的尺寸的可調(diào)作用，在實(shí)際應(yīng)用中，可作為激光導(dǎo)管、光鑷和光學(xué)扳手等的工具，還可以用于激光囚禁微觀粒子和中性原子、分子、生物細(xì)胞等，在生命科學(xué)和納米科技中，特別是對(duì)于微粒的單層面和多層面操控具有特殊意義。
文檔編號(hào)G02B3/00GK202041669SQ20112005993
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者吳逢鐵, 張前安, 鄭維濤, 馬亮 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)