CN202351515U - 一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，其为一轴棱锥本体，该轴棱锥本体的底面上内凹形成有一与该轴棱锥本体同轴设置的圆锥腔，该圆锥腔的口径小于上述轴棱锥本体的底面的直径，且该圆锥腔的底角小于上述轴棱锥本体的底角；本实用新型通过单一元件即可产生周期性局域空心光束，轴棱锥具有结构简单、元件加工简易、实用性强等优点，且所获得的周期性局域空心光束具有转换效率高、光损少等优异光学性能。

Description

一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥
技术领域
本实用新型属于光学元件技术领域，具体是指一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥。
背景技术
局域空心光束(Bottle beam)是指一种在光束的传播方向上有着强度为零的区域，且在此区域外三维空间都围绕着高强度的一种特殊空心光束，由于它具有三维封闭的暗中空区域和极高的强度梯度，由此可作为激光导管、光镊及光学扳手等光学工具，用于激光囚禁微光粒子、分子等作用，由此光空心局域光束的产生和应用研究已成为光学领域一个很重要的课题。
所述局域空心光束根据产生情况分有单个局域空心光束和周期性局域空心光束两种，目前产生Bottle beam的方法有很多种，如Bessel光相干法、光学全息法、高斯光束和拉盖尔-高斯光束干涉法、轴棱锥-透镜法等；所述这些方法所须用到的光学元件不止一个，即均需要两个甚至多个光学元件构成一个光学系统，其不仅存在设备成本高的问题，而且还存在光学系统安装调试难度较大的缺陷，极不利于Bottle beam的实际应用。
有鉴于此，本发明人针对现有产生局域空心光束存在的问题进行了深入研究，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，通过单一元件即可获得光学性能优异的周期性局域空心光束，具有结构简单、元件加工简易、实用性强等优点。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，其为一轴棱锥本体，该轴棱锥本体的底面上内凹形成有一与该轴棱锥本体同轴设置的圆锥腔，该圆锥腔的口径小于上述轴棱锥本体的底面的直径，且该圆锥腔的底角小于上述轴棱锥本体的底角。
上述轴棱锥本体的底面的直径为上述圆锥腔的口径的两倍。
采用上述方案后，本实用新型一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，由于所述圆锥腔在轴棱锥本体上的结构设计，可以把整个轴棱锥分为两个部分，一部分是圆锥腔所在的中间部分，另一部分是外围环形部分，这两部分相当于两个底角不同的轴棱锥，且中间部分的底角小于外围环形部分的底角，因此中间部分对光线的偏折能力弱于外围环形部分对光线的偏折能力；当平面波入射该新型轴棱锥时，中间部分和外围环形部分将会产生两束不同会聚角的锥面波，且外围环形部分产生的会聚角较大，故两束锥面波会有一个交叠的区域；所述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量的贝塞尔光束，这两束同频率的贝塞尔光束在交叠的区域相干叠加，即可产生周期性局域空心光束。
由此本新型通过单一元件即可产生周期性局域空心光束，轴棱锥具有结构简单、元件加工简易、实用性强等优点，且所获得的周期性局域空心光束具有转换效率高、光损少等优异光学性能；另外，本案还可通过对圆锥腔、轴棱锥的底面的直径及底角在限定范围内作适当变化调整，用于控制周期性局域空心光束的尺寸和再现周期，这在实际应用中具有特殊的意义。
附图说明
图1为本发明的侧视图；
图2为本发明的一立体示意图；
图3为本发明另一角度的立体视角图；
图4为本发明产生周期性Bottle beam的一光路示意简图。
标号说明
轴棱锥本体     1        底面       11
圆锥腔        12        中间部分    2
外围环形部分   3
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1-3所示为本实用新型涉及的一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，其为一由光学玻璃制成的轴棱锥本体1，于该轴棱锥本体1的底面11上磨削形成一内凹的圆锥腔12，该圆锥腔12与轴棱锥本体1呈同轴设置。
参见图4所示，轴棱锥本体1的底面11的直径为R1，底角为γ1，圆锥腔12的口径为R2，底角为γ2，其中R1＞R2且γ1＞γ2，例如一具体实施例，R1＝2R2，γ1＝2γ2；则按对光线偏折能力的不同，可以将所述新型锥透镜分为两个部分：一是圆锥腔12所在的中间部分2，另一是外围在中间部分2外的外围环形部分3，这两部分相当于两个底角不同的轴棱锥结构。
所述中心部分2相当于底角为(γ1-γ2)的传统轴棱锥，外围环形部分3相当于底角为γ1的传统轴棱锥，由几何光学和波动光学分析可知，中间部分2对光线的偏折能力较弱，外围环形部分3对光线的偏折能力较强；当平面波入射至本新型轴棱锥本体1上时，中间部分2和外围环形部分3将会产生两束不同会聚角的锥面波，具体的，中间部分2产生的无衍射区如图4所示的虚线包围的ABCD区域，外围环形部分3产生的无衍射区如图4所示的实线包围的EFGH区域；已知出射光束的汇聚角与轴棱锥底角近似成正比关系，由此外围环形部分3产生较大的汇聚角，故所述两束锥面波会有一个交叠的区域，即图4中ABCD和EFGH两个无衍射区共有的阴影部分；由此，所述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量的贝塞尔光束(Bessel)，这两束同频率的贝塞尔光束在交叠的区域相干叠加，即可产生周期性局域空心光束(Bottle beam)。
由此本新型通过单一元件即可产生周期性局域空心光束，轴棱锥具有结构简单、元件加工简易、实用性强等优点，且所获得的周期性局域空心光束具有转换效率高、光损少等优异光学性能；另外，本案还可通过对圆锥腔12、轴棱锥1的底面11的直径(R1、R2)及底角(γ1、γ2)在限定范围内作适当变化调整，即可用于控制周期性局域空心光束(Bottle beam)的尺寸和再现周期，这在实际应用中具有特殊的意义。
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 (2)

1.一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，其为一轴棱锥本体，其特征在于：该轴棱锥本体的底面上内凹形成有一与该轴棱锥本体同轴设置的圆锥腔，该圆锥腔的口径小于上述轴棱锥本体的底面的直径，且该圆锥腔的底角小于上述轴棱锥本体的底角。
2.如权利要求1所述的一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥，其特征在于：上述轴棱锥本体的底面的直径为上述圆锥腔的口径的两倍。
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