CN202041723U - 一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其包括光学平台，在该光学平台上放置激光器，沿该激光器的激光光路依次放置可调衰减器、望远镜准直扩束系统、光阑、轴棱锥、短焦透镜和望远镜变换系统，上述短焦透镜与上述轴棱锥顶点间的距离大于此短焦透镜的焦距，且小于此轴棱锥后最大无衍射距离，上述望远镜变换系统的物镜焦点与上述短焦透镜的焦点重合；本实用新型只要换上不同放大倍率的望远镜系统，就可以获得不同尺寸的局域空心光束(Bottle beam)，为获取尺寸可调的Bottle beam提供了一种简洁、有效的新途径。

Description

一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统
技术领域
本实用新型涉及一种利用望远镜光学系统对局域空心光束(Bottlebeam)尺寸进行变换的技术，可以方便地产生尺寸可调的Bottle beam。
背景技术
局域空心光束(Bottle beam)为一束沿光传输方向上有着局部三维封闭暗中空区域的光束。暗中空区域周围被光束包围，有着极高的强度梯度，可以实现对粒子的三维操控。近年来，Bottle beam在微粒诱捕和颗粒物光学操控等领域获得了广泛的应用，因此，一直是研究的热点。
目前，产生Bottle beam的方法有多种。例如光学全息法、高斯光束和拉盖尔-高斯光束干涉法，Bessel光相干法、新型锥透镜法、轴棱锥-透镜法等。这些方法的不足之处是元件被制造出来，所形成的Bottle beam尺寸就被确定而很难改变。若要得到另一尺寸的Bottle beam，需再做新的光学元件，即费时又费成本；另外，不同微粒的尺寸一般不同：例如原核细胞的直径平均1～10μm，真核细胞直径平均10～100μm，人卵细胞直径约0.2mm，所以操控不同的微粒通常需要不同尺寸的Bottle beam。
为解决上述问题，本发明人提出了一种利用望远镜光学系统来实现Bottle beam尺寸的可调变换。
实用新型内容
本设计的目的在于提供一种方便快捷产生尺寸可调局域空心光束的光学系统。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其包括光学平台，在该光学平台上放置激光器，沿该激光器的激光光路依次放置可调衰减器、望远镜准直扩束系统、光阑、轴棱锥、短焦透镜和望远镜变换系统，上述短焦透镜与上述轴棱锥顶点间的距离大于此短焦透镜的焦距，且小于此轴棱锥后最大无衍射距离，上述望远镜变换系统的物镜焦点与上述短焦透镜的焦点重合。
上述激光器为He-Ne激光器。
上述可调衰减器由二偏振片组成，由该二偏振片的偏振方向形成的夹角为可调。
采用上述方案后，首先，本实用新型激光器发出的激光光束依次经可调衰减器的衰减和望远镜准直扩束系统的扩束准直后，经由光阑，再正入射到轴棱锥上，并在轴棱锥后一定距离内形成近似无衍射区域；由于短焦透镜与轴棱锥顶点间的距离大于短焦透镜的焦距，且小于轴棱锥后最大无衍射距离，则在短焦透镜后形成局域空心光束(Bottle beam)，并在短焦透镜的后焦面上形成环形聚焦光斑；由于望远镜变换系统的物镜的焦点与短焦透镜的焦点重合，则望远镜变换系统的目镜后形成新的Bottle beam，望远镜变换系统目镜的后焦面上形成新的环形聚焦光斑，该新Bottle beam环形聚焦光斑与原Bottle beam环形聚焦光斑的尺寸比等于望远镜系统的横向放大率，新Bottle beam与原Bottle beam纵向尺寸比等于望远镜系统纵向放大率，由此，只要换上不同放大倍率的望远镜系统，就可以获得不同尺寸的Bottle beam，故本实用新型为获取尺寸可调的Bottle beam提供了一种简洁、有效的新途径。
附图说明
图1为本实用新型光学系统的组成原理图；
图2为本实用新型光学系统的光路示意图。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
如图1所示的组成原理图，为本实用新型一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其包括光学平台1和分别用固定支架9支撑定位的激光器2、可调衰减器3、望远镜准直扩束系统4、光阑5、轴棱锥6、短焦透镜7、望远镜变换系统8；其中，在光学平台1上放置激光器2，沿该激光器2的激光光路依次放置所述可调衰减器3、望远镜准直扩束系统4、光阑5、轴棱锥6、短焦透镜7和望远镜变换系统8。所述的激光器2可以为He-Ne激光器，所述可调衰减器3可以由两片直径为62mm的偏振片组成，由该两偏振片的偏振方向形成的夹角可通过旋转偏振片以实现可调作用。
如图2所示为本光学设计系统的光路示意图，首先He-Ne激光器2打开，激光光束经可调衰减器3衰减和望远镜准直扩束系统4扩束准直后，经过半径为a的光阑5，再正入射轴棱锥6，在轴棱锥6后一定距离内形成近似无衍射区域。在该无衍射区域中，其最大无衍射距离可由公式Zmax≈a/[(n-1)γ]计算得到，其中a为光阑5的半径，n为轴棱锥6的折射率，γ为轴棱锥6的底角。
图2中，Z。为短焦透镜7与轴棱锥6顶点间的距离，f1为短焦透镜7的焦距，f2为望远镜系统8物镜的焦距，f3为望远镜系统8目镜的焦距。调节短焦透镜7，使f1＜Z0＜Zmax，此时，短焦透镜7后形成局域空心光束(Bottle beam)10，在短焦透镜7后焦面上形成环形聚焦光斑；接着调节望远镜系统8，使短焦透镜7的焦点与望远镜系统8物镜的焦点重合，则望远镜变换系统8后形成新的局域空心光束(Bottle beam)11，望远镜变换系统8目镜的后焦面上形成新的环形聚焦光斑，该新Bottle beam环形聚焦光斑与原Bottle beam环形聚焦光斑的尺寸之比等于望远镜系统8的横向放大率，新Bottle beam 11与原Bottle beam 10的轴向(即纵向)尺寸比等于望远镜系统8轴向(即纵向)放大率；由此，本实用新型光学系统只要换上不同放大倍率的望远镜系统8，即可获得所需不同尺寸的Bottlebeam，即简洁又有效，在生命科学和纳米科技中的应用，特别是对于利用Bottle beam操控不同尺度的微粒，具有重要的意义。
上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (3)

1.一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其特征在于：包括光学平台，在该光学平台上放置激光器，沿该激光器的激光光路依次放置可调衰减器、望远镜准直扩束系统、光阑、轴棱锥、短焦透镜和望远镜变换系统，上述短焦透镜与上述轴棱锥顶点间的距离应大于此短焦透镜的焦距，且小于此轴棱锥后最大无衍射距离，上述望远镜变换系统的物镜焦点与上述短焦透镜的焦点重合。
2.如权利要求1所述的一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其特征在于：上述激光器为He-Ne激光器。
3.如权利要求1所述的一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其特征在于：上述可调衰减器由二偏振片组成，由该二偏振片的偏振方向形成的夹角为可调。
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