CN104020567A - 空心光束转换装置 - Google Patents

空心光束转换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104020567A
CN104020567A CN201410200196.9A CN201410200196A CN104020567A CN 104020567 A CN104020567 A CN 104020567A CN 201410200196 A CN201410200196 A CN 201410200196A CN 104020567 A CN104020567 A CN 104020567A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
optical fiber
short focus
light beam
focus lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410200196.9A
Other languages
English (en)
Inventor
马红玉
赵文娟
徐强
韩一平
李平舟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201410200196.9A priority Critical patent/CN104020567A/zh
Publication of CN104020567A publication Critical patent/CN104020567A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

空心光束转换装置，包括：接收来自光源的光束的聚焦透镜；设置于所述聚焦透镜后方的光纤耦合透镜，所述光纤耦合透镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴相交，从所述聚焦透镜出射的光倾斜射入所述光纤耦合透镜；设置于所述光纤耦合透镜后的多模光纤，所述光纤耦合透镜设置于所述多模光纤输入端之前，所述多模光纤输出端的后方设置有短焦整形透镜，所述多模光纤的输出端位于所述短焦整形透镜的焦点处。本发明可以产生中心暗斑为全黑的空心光束，耦合效率高，得到的空心光束光斑质量好，可应用于原子导管、光镊、光扳手等设备上，避免传统实心光束对微小物体进行移位或手术操作时灼伤细胞，从而提高细胞活性。

Description

空心光束转换装置
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种将高斯光束转换为空心光束的光束转换装置。
背景技术
光是一种特殊的物质，携带有能量和动量，光与物质相互作用时彼此交换能量和动量，产生各种效应。光与物质间交换动量时可以使受光照射的物体受到一个力或力矩，即产生光的力学效应。捕获微小粒子的光镊是利光的力学效应的典型应用。日常生活中，我们用来挟持物体的镊子都是有形物体，通过镊子施加一定的力钳住物体；而光镊是一个特别的光场，这个光场与物体相互作用时，物体受到光的作用从而达到被钳的效果，然后可以通过移动光束来实现迁移物体的目的。光镊产生的激光聚集可形成光阱，微小物体受光压而被束缚在光阱处，移动光束使微小物体随光阱移动，借此可在显微镜下对微小物体(如病毒、细菌以及细胞内的细胞器及细胞组分等)进行移位或手术操作。
光镊常用来对生物细胞进行操纵，光镊产生的用于移动微小物体的光束多为实心光束，当实心光束照射在微小物体表面时，光束产生的热量会使被照射到的物体表面温度升高，容易灼伤生物细胞，降低其活性。为了避免这种现象，可将实心光束转换为空心光束，使生物细胞位于空心光束的中心暗斑处，其生物活性和本质不受操纵光的影响。如今学者们进行了很多将实心光束转换为空心光束的研究。空心光束是垂直光束传播方向上光束中心光强为零、周围光强较强的环状光束，此光束的光强分布可以对位于中心零光强处的微粒产生束缚力。产生空心光束的方法很多，如遽逝波法、计算全息图法、角锥法、空心光纤法等。其中，遽逝波法局限于介质表面，并且作用区域很小(μm量级)；计算全息法或者角锥法使用的光栅和角锥在制作工艺复杂，不易实现，而且这两种方法产生的空心光束中心暗斑不完全为黑；用空心光纤产生空心光束的方法耦合效率较低，仅为50％。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的是提供一种空心光束转换装置，可应用于原子导管、光镊、光扳手等设备。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
空心光束转换装置，包括：接收来自光源的光束的聚焦透镜；设置于所述聚焦透镜后方的光纤耦合透镜，所述光纤耦合透镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴相交，从所述聚焦透镜出射的光倾斜射入所述光纤耦合透镜；设置于所述光纤耦合透镜后的多模光纤，所述光纤耦合透镜设置于所述多模光纤输入端之前，所述多模光纤输出端的后方设置有短焦整形透镜，所述多模光纤的输出端位于所述短焦整形透镜的焦点处。
本发明更具体的技术方案为，所述聚焦透镜的光轴与光纤耦合透镜的光轴之间的夹角为0.6°～1.4°。
本发明更具体的技术方案为，所述短焦整形透镜包括依次设置第一短焦透镜和第二短焦透镜，所述第一短焦透镜的光轴和所述第二短焦透镜的光轴重合，所述多模光纤的输出端位于所述第一短焦透镜的焦点处。
本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜的焦距和所述第二短焦透镜的焦距不同。
本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜的焦距为4.5mm，所述第二短焦透镜的焦距为30mm。
本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜与所述第一短焦透镜之间的距离为60mm。
本发明更具体的技术方案为，所述光纤耦合透镜的焦距为4.5mm，
本发明更具体的技术方案为，所述聚焦透镜的焦距为60mm。
本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜与所述多模光纤的输出端之间的距离为4.5mm。
由以上可知，本发明通过设置光轴相交的聚焦透镜和光线耦合透镜，使(激)光束倾斜入射至多模光纤中，采用多模光纤对实心光束进行空心光束的转换，可以产生中心暗斑为全黑的空心光束，耦合效率很高，可以达到80％，从多模光纤出射的光束经短焦透镜整形输出后，得到的空心光束光斑质量好，可应用于原子导管、光镊、光扳手等设备上，避免传统实心光束对微小物体进行移位或手术操作时灼伤细胞，从而提高细胞活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明的空心光束转换装置包括聚焦透镜1、光纤耦合透镜2、多模光纤3、第一短焦透镜4和第二短焦透镜5，第一短焦透镜4和第二短焦透镜5构成用于输出整形的短焦整形透镜组，多模光纤3采用市场销售的商用多模光纤。为了便于描述，将光源的发射端定义为前端，聚焦透镜1设置于光纤耦合透镜2之前，光纤耦合透镜2设置于多模光纤3输入端的前方，短焦整形透镜设置于多模光纤3的输出端，多模光纤3的输出端位于短焦整形透镜的焦点处。本实施例的第一短焦透镜4设置于多模光纤3输出端的后方，第二短焦透镜5设置于第一短焦透镜4的后方，第一短焦透镜4的光轴和第二短焦透镜5的光轴重合。
本发明的聚焦透镜1的光轴与光纤耦合透镜2的光轴相交，使从聚焦透镜1出射的光倾斜入射至光纤耦合透镜2，从而可以通过多模光纤3形成空心光束。作为本发明的一个优选方案，聚焦透镜1的焦距为60mm，光纤耦合透镜2的焦距为4.5mm，第一短焦透镜4的焦距为4.5mm，第二短焦透镜5的焦距为30mm。第一短焦透镜4与1米左右的多模光纤3的输出端之间的距离为4.5mm，第二短焦透镜5与第一短焦透镜4之间的距离为60mm。
使用时，高斯激光束由聚焦透镜1聚焦后，以微小角度倾斜入射到光纤耦合透镜2上，进入到多模光纤3内，光束经多模光纤3传播后从多模光纤3输出端出射，形成空心光束，出射的光束经过第一短焦透镜4和第二短焦透镜5整形形成平行光束，最后输出中心为全黑的空心光束。
下表为前述实施例的聚焦透镜1的光轴与光纤耦合透镜2的光轴之间的夹角α变化时对应测得的耦合效率列表，从下表可知，当聚焦透镜1的光轴与光纤耦合透镜2的光轴之间的夹角在0.6～1.4°之间时，耦合效率在50％以上，耦合效率较高。下表中0°入射时输出的为实心光束。
入射角α 0° 0.6° 1.19° 1.31° 1.42° 1.59° 1.62°
耦合效率 91％ 87％ 80％ 78％ 56％ 19％ 13％
本发明采用多模光纤进行普通光束转换，从而得到空心光束。多模光纤转换效率高，得到的空心光束光斑质量好，而且与现有技术中采用特殊结构的棱镜相比，多模光纤结构更简单，可直接购买，对加工精度没有很高的要求。本发明的空心光束转换装置可直接应用在光镊设备中，将当前光镊中使用的实心光束转换为空心光束。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。例如，各透镜的焦距可以根据不同需求而改变，当透镜的焦距改变时，各组件间的距离则根据透镜的焦距进行相应变化，诸如此等改变以及等效变换均应包含在权利要求所述的范围之内。

Claims (9)

1.空心光束转换装置，其特征在于，包括： 
接收来自光源的光束的聚焦透镜； 
设置于所述聚焦透镜后方的光纤耦合透镜，所述光纤耦合透镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴相交，从所述聚焦透镜出射的光倾斜射入所述光纤耦合透镜； 
设置于所述光纤耦合透镜后的多模光纤，所述光纤耦合透镜设置于所述多模光纤输入端之前，所述多模光纤输出端的后方设置有短焦整形透镜，所述多模光纤的输出端位于所述短焦整形透镜的焦点处。 
2.如权利要求1所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述聚焦透镜的光轴与光纤耦合透镜的光轴之间的夹角为0.6°～1.4°。 
3.如权利要求1或2所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述短焦整形透镜包括依次设置第一短焦透镜和第二短焦透镜，所述第一短焦透镜的光轴和所述第二短焦透镜的光轴重合，所述多模光纤的输出端位于所述第一短焦透镜的焦点处。 
4.如权利要求3所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述第一短焦透镜的焦距和所述第二短焦透镜的焦距不同。 
5.如权利要求3所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述第一短焦透镜的焦距为4.5mm，所述第二短焦透镜的焦距为30mm。 
6.如权利要求5所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述第一短焦透镜与所述第一短焦透镜之间的距离为60mm。 
7.如权利要求1或3或5或6所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述光纤耦合透镜的焦距为4.5mm。 
8.如权利要求1或5或6所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述聚焦透镜的焦距为60mm。 
9.如权利要求1或5或6所述的空心光束转换装置，其特征在于：所述第一短焦透镜与所述多模光纤的输出端之间的距离为4.5mm。 
CN201410200196.9A 2014-05-13 2014-05-13 空心光束转换装置 Pending CN104020567A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410200196.9A CN104020567A (zh) 2014-05-13 2014-05-13 空心光束转换装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410200196.9A CN104020567A (zh) 2014-05-13 2014-05-13 空心光束转换装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104020567A true CN104020567A (zh) 2014-09-03

Family

ID=51437414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410200196.9A Pending CN104020567A (zh) 2014-05-13 2014-05-13 空心光束转换装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104020567A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107357044A (zh) * 2017-08-28 2017-11-17 重庆三峡医药高等专科学校 一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊
CN110286442A (zh) * 2019-07-30 2019-09-27 南通大学 一种耦合比可调光纤耦合器
CN110609391A (zh) * 2019-02-14 2019-12-24 北京热刺激光技术有限责任公司 一种产生环形光束的装置
CN111174180A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 平行现实（杭州）科技有限公司 一种大动态范围光束转向装置
CN112399871A (zh) * 2018-06-05 2021-02-23 埃里斯塔股份公司 用于激光热烧蚀和热疗的光纤设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200602673A (en) * 2004-07-07 2006-01-16 Hong-Ren Jiang Ring beam laser tweezers
CN1834706A (zh) * 2006-04-24 2006-09-20 天津大学 利用光纤模间干涉产生空心光束及调谐的方法
US20090273831A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-05 Long Hsu Light module, optical tweezers generator and dark field microscope
CN102289075A (zh) * 2011-08-02 2011-12-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 偏振态可调空心光束的产生装置和方法
CN203894477U (zh) * 2014-05-13 2014-10-22 西安电子科技大学 基于多模光纤的空心光束转换装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200602673A (en) * 2004-07-07 2006-01-16 Hong-Ren Jiang Ring beam laser tweezers
CN1834706A (zh) * 2006-04-24 2006-09-20 天津大学 利用光纤模间干涉产生空心光束及调谐的方法
US20090273831A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-05 Long Hsu Light module, optical tweezers generator and dark field microscope
CN102289075A (zh) * 2011-08-02 2011-12-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 偏振态可调空心光束的产生装置和方法
CN203894477U (zh) * 2014-05-13 2014-10-22 西安电子科技大学 基于多模光纤的空心光束转换装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马红玉，成华东，张文卓，刘亮，王育竹: "Generation of a hollow laser beam by a multimode fiber", 《CHINESE OPTICS LETTERS》, vol. 5, no. 8, 10 August 2007 (2007-08-10) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107357044A (zh) * 2017-08-28 2017-11-17 重庆三峡医药高等专科学校 一种基于斜光线环形光场的阶跃多模光纤光镊
CN112399871A (zh) * 2018-06-05 2021-02-23 埃里斯塔股份公司 用于激光热烧蚀和热疗的光纤设备
CN112399871B (zh) * 2018-06-05 2023-04-28 埃里斯塔股份公司 用于激光热烧蚀和热疗的光纤设备
CN110609391A (zh) * 2019-02-14 2019-12-24 北京热刺激光技术有限责任公司 一种产生环形光束的装置
CN110286442A (zh) * 2019-07-30 2019-09-27 南通大学 一种耦合比可调光纤耦合器
CN111174180A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 平行现实（杭州）科技有限公司 一种大动态范围光束转向装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104020567A (zh) 空心光束转换装置
CN203894477U (zh) 基于多模光纤的空心光束转换装置
CN105607267A (zh) 一种生成无衍射针型光场的装置
CN204154996U (zh) 一种将高斯光束整形为平顶光束的光学系统
CN105891916B (zh) 一种基于轴锥透镜与聚焦镜特性的非球面镜
CN103217796B (zh) 一种产生周期性Bottle beam的光学系统
CN108919500A (zh) 基于双光束激光阱的可调谐局域空心光束光镊系统
CN101323053A (zh) 飞秒激光微球打孔方法和装置
CN103424871B (zh) 周期局域空心光束自重建的光学系统
CN103760673A (zh) 一种产生近似无衍射零阶Mathieu beam的光学系统
CN208297848U (zh) 一种环状聚焦光束系统
CN105278011A (zh) 一种光纤激光准直整形装置及其设计方法
CN106772838A (zh) 激光雷达分光光纤耦合装置
CN103246064A (zh) 基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置及方法
CN103676159B (zh) 一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统
CN106469887A (zh) 光子晶体光纤的双通放大器
CN206392520U (zh) 一种防损伤的激光清洗装置
CN204101825U (zh) 一种半导体激光器中微光学透镜实现精密装调的在线监测装置
CN201589894U (zh) 产生近似无衍射光束的装置
CN104459999A (zh) 成像流式细胞仪的照明系统
CN201637928U (zh) 空间相干调制的光束整形光学系统
CN105676423A (zh) 一种透镜组件及得到无衍射光束的方法
CN102967928A (zh) 一种柱偏振矢量光束紧聚焦光斑的产生方法及装置
CN101738654A (zh) 一种产生无衍射光的新型光学元件
CN104678543A (zh) 基于非相干光源的光镊显微镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140903