專利名稱:一種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)對局域空心光束(Bottlebeam)尺寸進(jìn)行變換的技術(shù)，可以方便地產(chǎn)生尺寸可調(diào)的Bottle beam。
背景技術(shù)：
局域空心光束(Bottle beam)為一束沿光傳輸方向上有著局部三維封閉暗中空區(qū)域的光束。暗中空區(qū)域周圍被光束包圍，有著極高的強(qiáng)度梯度，可以實(shí)現(xiàn)對粒子的三維操控。近年來，Bottle beam在微粒誘捕和顆粒物光學(xué)操控等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，因此， 一直是研究的熱點(diǎn)。
目前，產(chǎn)生Bottle beam的方法有多種。例如光學(xué)全息法、高斯光束和拉蓋爾-高斯光束干涉法，Bessel光相干法、新型錐透鏡法、軸棱錐-透鏡法等。這些方法的不足之處是元件被制造出來，所形成的Bottle beam尺寸就被確定而很難改變。若要得到另一尺寸的Bottle beam，需再做新的光學(xué)元件，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)成本；另外，不同微粒的尺寸一般不同例如原核細(xì)胞的直徑平均1 10 μ m，真核細(xì)胞直徑平均10 100 μ m,人卵細(xì)胞直徑約 0. 2mm，所以操控不同的微粒通常需要不同尺寸的Bottle beam。
為解決上述問題，本發(fā)明人提出了一種利用望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)Bottle beam 尺寸的可調(diào)變換。

實(shí)用新型內(nèi)容

本設(shè)計(jì)的目的在于提供一種方便快捷產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)。
為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是
—種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其包括光學(xué)平臺(tái)，在該光學(xué)平臺(tái)上放置激光器，沿該激光器的激光光路依次放置可調(diào)衰減器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、光闌、軸棱錐、短焦透鏡和望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)，上述短焦透鏡與上述軸棱錐頂點(diǎn)間的距離大于此短焦透鏡的焦距，且小于此軸棱錐后最大無衍射距離，上述望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)的物鏡焦點(diǎn)與上述短焦透鏡的焦點(diǎn)重合。
上述激光器為He-Ne激光器。
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)。
采用上述方案后，首先，本實(shí)用新型激光器發(fā)出的激光光束依次經(jīng)可調(diào)衰減器的衰減和望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束準(zhǔn)直后，經(jīng)由光闌，再正入射到軸棱錐上，并在軸棱錐后一定距離內(nèi)形成近似無衍射區(qū)域；由于短焦透鏡與軸棱錐頂點(diǎn)間的距離大于短焦透鏡的焦距，且小于軸棱錐后最大無衍射距離，則在短焦透鏡后形成局域空心光束(Bottle beam), 并在短焦透鏡的后焦面上形成環(huán)形聚焦光斑；由于望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)的物鏡的焦點(diǎn)與短焦透鏡的焦點(diǎn)重合，則望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)的目鏡后形成新的Bottle beam，望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)目鏡的后焦面上形成新的環(huán)形聚焦光斑，該新Bottle beam環(huán)形聚焦光斑與原Bottle beam環(huán)形聚焦光斑的尺寸比等于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的橫向放大率，新Bottle beam與原Bottle beam縱向尺寸比等于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)縱向放大率，由此，只要換上不同放大倍率的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，就可以獲得不同尺寸的Bottle beam，故本實(shí)用新型為獲取尺寸可調(diào)的Bottle beam提供了一種簡潔、有效的新途徑。


圖1為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)的組成原理圖；
圖2為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)闡述。
如圖1所示的組成原理圖，為本實(shí)用新型一種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其包括光學(xué)平臺(tái)1和分別用固定支架9支撐定位的激光器2、可調(diào)衰減器3、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)4、光闌5、軸棱錐6、短焦透鏡7、望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)8 ；其中，在光學(xué)平臺(tái)1上放置激光器2，沿該激光器2的激光光路依次放置所述可調(diào)衰減器3、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)4、光闌5、軸棱錐6、短焦透鏡7和望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)8。所述的激光器2可以為He-Ne激光器，所述可調(diào)衰減器3可以由兩片直徑為62mm的偏振片組成，由該兩偏振片的偏振方向形成的夾角可通過旋轉(zhuǎn)偏振片以實(shí)現(xiàn)可調(diào)作用。
如圖2所示為本光學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的光路示意圖，首先He-Ne激光器2打開，激光光束經(jīng)可調(diào)衰減器3衰減和望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)4擴(kuò)束準(zhǔn)直后，經(jīng)過半徑為a的光闌5，再正入射軸棱錐6，在軸棱錐6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 a/[(n-l) γ]計(jì)算得到，其中a為光闌5的半徑，η為軸棱錐6的折射率，、為軸棱錐6的底角。
圖2中，Ζ。為短焦透鏡7與軸棱錐6頂點(diǎn)間的距離，為短焦透鏡7的焦距，f2 為望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8物鏡的焦距，f3為望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8目鏡的焦距。調(diào)節(jié)短焦透鏡7，使f/< & < Zmax，此時(shí)，短焦透鏡7后形成局域空心光束(Bottle beam) 10，在短焦透鏡7后焦面上形成環(huán)形聚焦光斑；接著調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8，使短焦透鏡7的焦點(diǎn)與望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8物鏡的焦點(diǎn)重合，則望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)8后形成新的局域空心光束(Bottle beam) 11，望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)8目鏡的后焦面上形成新的環(huán)形聚焦光斑，該新Bottle beam環(huán)形聚焦光斑與原Bottle beam環(huán)形聚焦光斑的尺寸之比等于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8的橫向放大率，新Bottle beam 11與原 Bottle beam 10的軸向(即縱向)尺寸比等于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8軸向(即縱向)放大率；由此，本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)只要換上不同放大倍率的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8，即可獲得所需不同尺寸的Bottlebeam，即簡潔又有效，在生命科學(xué)和納米科技中的應(yīng)用，特別是對于利用Bottle beam操控不同尺度的微粒，具有重要的意義。
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)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括光學(xué)平臺(tái)，在該光學(xué)平臺(tái)上放置激光器，沿該激光器的激光光路依次放置可調(diào)衰減器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、 光闌、軸棱錐、短焦透鏡和望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)，上述短焦透鏡與上述軸棱錐頂點(diǎn)間的距離應(yīng)大于此短焦透鏡的焦距，且小于此軸棱錐后最大無衍射距離，上述望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)的物鏡焦點(diǎn)與上述短焦透鏡的焦點(diǎn)重合。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(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所述的一種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述可調(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)。
專利摘要
本實(shí)用新型公開一種產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的光學(xué)系統(tǒng)，其包括光學(xué)平臺(tái)，在該光學(xué)平臺(tái)上放置激光器，沿該激光器的激光光路依次放置可調(diào)衰減器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、光闌、軸棱錐、短焦透鏡和望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)，上述短焦透鏡與上述軸棱錐頂點(diǎn)間的距離大于此短焦透鏡的焦距，且小于此軸棱錐后最大無衍射距離，上述望遠(yuǎn)鏡變換系統(tǒng)的物鏡焦點(diǎn)與上述短焦透鏡的焦點(diǎn)重合；本實(shí)用新型只要換上不同放大倍率的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，就可以獲得不同尺寸的局域空心光束(Bottle beam)，為獲取尺寸可調(diào)的Bottle beam提供了一種簡潔、有效的新途徑。
文檔編號G21K1/00GKCN202041723 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201120059240
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月9日
發(fā)明者吳逢鐵, 張前安, 鄭維濤, 黃啟祿 申請人:華僑大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan