CN102520519A - 一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，其具有由常用的光学玻璃制成的第一轴棱锥透镜，此第一轴棱锥透镜的中部沿其轴线方向贯通开设有半径小于此第一轴棱锥透镜的底面半径的圆孔，上述圆孔内嵌设有由常用的光学玻璃制成的第二轴棱锥透镜，此第二轴棱锥透镜的底面半径与上述圆孔的半径相等，且此第二轴棱锥透镜的底角与上述第一轴棱锥透镜的底角不相等。本发明的新型光学元件，其优点在于通过单一元件即可获得类型可调、尺寸可调的Bottle beam，具有元件加工相对容易、结构简单、转换效率高、光损伤阈值高的优点。为获取Bottle beam提供了一种简洁、有效的新途径。对于微粒的多层面操控具有特殊意义。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，具体是一种可产生尺寸可调的单个局域空心光束(Bottle beam)或不同尺寸的周期性局域空心光束的新型光学元件。
背景技术
局域空心光束(Bottle beam)是一种在光束传播方向上有着强度为零的三维封闭区域的光束，并且在此区域外的三维空间都围绕着高强度的光，具有极高的强度梯度。因为其特殊的光场分布，可作为激光导管、光镊和光学扳手等工具，在微粒诱捕和颗粒物光学操控等领域发挥重要作用，因此，一直是光束传输与变换的研究热点。
目前，产生Bottle beam的方法有多种：如光学全息法、Bessel光相干法、新型轴棱锥法、轴棱锥-透镜法等。这些方法的不足之处是元件被制造出来之后其参量是单一固定的，由此它们只能产生单个尺寸固定的Bottle beam或是只能产生尺寸不变的周期性Bottlebeam。若要得到不同类型的Bottle beam，就需做不同的光学元件，这将是费时且代价昂贵的，不利于Bottle beam的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，其可方便快捷产生尺寸可调的单个局域空心光束或不同尺寸的周期性局域空心光束。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，具有由常用的光学玻璃制成的第一轴棱锥透镜，此第一轴棱锥透镜的中部沿其轴线方向贯通开设有半径小于此第一轴棱锥透镜的底面半径的圆孔，上述圆孔内嵌设有由常用的光学玻璃制成的第二轴棱锥透镜，此第二轴棱锥透镜的底面半径与上述圆孔的半径相等，且此第二轴棱锥透镜的底角与上述第一轴棱锥透镜的底角不相等。
上述第一轴棱锥透镜的底角大于上述第二轴棱锥透镜的底角。
上述第一轴棱锥透镜的底角小于上述第二轴棱锥透镜的底角。
采用上述方案后，本发明的新型光学元件，按对光线偏折能力的不同可以分为两部分，即中间部分(第二轴棱锥透镜)和外围环形部分(中部具有圆孔的第一轴棱锥透镜)。两部分相当于不同底角的轴棱锥透镜。由于两部分对光线的偏折能力不同，平面波入射该新型元件时，中间部分和外围环形部分将产生两束不同会聚角的锥面波。1)当中间部分(第二轴棱锥透镜)的底角大于外围环形部分(中部具有圆孔的第一轴棱锥透镜)的底角时，两束具有不同会聚角的锥面波将产生两束分离的Bessel光，而在两束Bessel光之间则出现了一个没有光通过的区域，即Bottle beam。沿轴向前后移动第二轴棱锥透镜或更换不同底角的第二轴棱锥透镜即可按实际要求方便快捷地得到不同尺寸的单个Bottle beam。2)当中间部分(第二轴棱锥透镜)的底角小于外围环形部分(中部具有圆孔的第一轴棱锥透镜)的底角时，两束具有不同会聚角的锥面波分别产生两束具有不同纵向波矢分量的Bessel光，而同频率且具有不同纵向波矢分量的Bessel光相干叠加将产生周期性的Bottle beam。沿轴向前后移动第二轴棱锥透镜或更换不同底角的第二轴棱锥透镜即可按实际要求方便快捷地得到不同尺寸的周期性Bottle beam。
本发明的新型光学元件，其优点在于通过单一元件即可获得类型可调、尺寸可调的Bottle beam，具有元件加工相对容易、结构简单、转换效率高、光损伤阈值高的优点。为获取Bottle beam提供了一种简洁、有效的新途径。对于微粒的多层面操控具有特殊意义。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的光路示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图4为本发明实施例二的光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的新型光学元件的结构和原理作进一步详细的说明。
实施例一：
本发明一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，实施例一如图1-2所示，具有由常用的光学玻璃制成的第一轴棱锥透镜1，第一轴棱锥透镜1为沿Z轴旋转对称的旋转体结构，此第一轴棱锥透镜1的中部沿其轴线方向贯通开设有半径小于此第一轴棱锥透镜的底面半径的圆孔11，圆孔11内嵌设有由常用的光学玻璃制成的第二轴棱锥透镜2，第二轴棱锥透镜2也是沿Z轴旋转对称的旋转体结构，即，第一轴棱锥透镜1与第二轴棱锥透镜2同轴设置，此第二轴棱锥透镜2的底面半径与圆孔11的半径相等，第一轴棱锥透镜的底角为γ1，第二轴棱锥透镜2的底角为γ2，且γ2＞γ1。
由几何光学和波动光学分析可知，平面波经过轴棱锥透镜后所出射的锥面波的会聚角与轴棱锥透镜的底角近似成正比关系。因此平面波入射该新型元件时，具有圆孔11的第一轴棱锥透镜1和第二轴棱锥透镜2将产生两束不同会聚角的锥面波，且具有圆孔11的第一轴棱锥透镜1出射锥面波具有较大的会聚角。两部分具有不同会聚角的出射锥面波分别相干叠加，将形成两束Bessel光，如图2中ABCD区域和EFGH区域。而在两束Bessel光之间则出现了一个没有光通过的区域，即Bottle beam，如图2中CE之间的阴影部分所示。且控制第二轴棱锥透镜2在轴向的距离或底角γ2的大小即可得到不同尺寸的单个Bottle beam。
实施例二：
本发明一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，实施例二如图3-4所示，其与实施例一的区别仅在于：第二轴棱锥透镜2的底角γ2小于第一轴棱锥透镜1的底角γ1，即γ2＜γ1。如图4所示，两束具有不同会聚角的锥面波分别产生两束具有不同纵向波矢分量的Bessel光，而同频率且具有不同纵向波矢分量的Bessel光相干叠加将产生周期性的Bottle beam，由于γ2＜γ1，第二轴棱锥透镜2产生较大的汇聚角，导致ABCD和EFGH两个无衍射区相交叠，如图4阴影部分所示。此交叠区域由于Bessel光相干叠加将产生多个周期性的Bottle beam。且控制第二轴棱锥透镜2在轴向的距离或底角γ2的大小即可改变Bottle beam的尺寸和重现周期。
Claims (3)
1.一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，其特征在于：具有由常用的光学玻璃制成的第一轴棱锥透镜，此第一轴棱锥透镜的中部沿其轴线方向贯通开设有半径小于此第一轴棱锥透镜的底面半径的圆孔，上述圆孔内嵌设有由常用的光学玻璃制成的第二轴棱锥透镜，此第二轴棱锥透镜的底面半径与上述圆孔的半径相等，且此第二轴棱锥透镜的底角与上述第一轴棱锥透镜的底角不相等。
2.根据权利要求1所述的一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，其特征在于：上述第一轴棱锥透镜的底角大于上述第二轴棱锥透镜的底角。
3.根据权利要求1所述的一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件，其特征在于：上述第一轴棱锥透镜的底角小于上述第二轴棱锥透镜的底角。
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