CN203365805U - 产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 - Google Patents
产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203365805U CN203365805U CN2013203366275U CN201320336627U CN203365805U CN 203365805 U CN203365805 U CN 203365805U CN 2013203366275 U CN2013203366275 U CN 2013203366275U CN 201320336627 U CN201320336627 U CN 201320336627U CN 203365805 U CN203365805 U CN 203365805U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frustum
- optical system
- local area
- axle pyramid
- axicon
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其包括激光器及按激光器的激光光路依次设置的望远镜准直扩束系统、光阑、锥台和轴棱锥；锥台的底角小于轴棱锥的底角，轴棱锥置于锥台产生的无衍射区域之后。采用上述方案后，本实用新型的光学系统，不用更换新元件就可以方便获得不同尺寸的局域空心光束(bottle beam)，而且结构简单，系统中元件数量少，元件加工相对容易、对锥台和轴棱锥的底角、材料折射率没有特殊要求。为获取局域空心光束(bottle beam)提供一种简洁、有效的新途径。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学系统，具体是一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统。
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，有极高的强度梯度，可以用于对微粒的三维操纵。近年，局域空心光束在微粒捕获、颗粒物光学操纵等领域获得广泛的应用。
目前产生局域空心光束的方法很多：光学全息法、高斯光束和拉盖尔—高斯光束干涉法、贝塞尔光束相干法、组合锥透镜法、贝塞尔光束聚焦法等等。这些方法在应用中存在一个共同的问题：光学元件被制造出来后，所产生局域空心光束的参数就被唯一确定下来了，要得到其他参数的尺寸就必须更换全新的光学元件。
在实际应用中出现的情况是，被操纵的微粒尺寸通常是不同，例如，原核细胞的直径平均1-10微米，真核细胞的直径平均10-100微米，人卵细胞的直径平均0.2mm。操纵不同尺寸的微粒所需的局域空心光束的参数也是不同的。按照现有的方法，操纵不同尺寸的微粒必须更换不同的光学元件，而不同光学元件的制造费时而且昂贵。
本发明主要解决当前产生局域空心光束的方法在实际应用中存在的问题，提出一种采用一套光学系统，无需更换元件就可以产生不同尺寸可调局域空心光束的光学系统，以适应操纵不同尺寸微粒的需要，且系统中元件数量少、结构简单、加工方便。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其无需更换元件就可以产生不同尺寸可调局域空心光束，且系统中元件数量少、结构简单、加工方便。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，包括激光器及按激光器的激光光路依次设置的望远镜准直扩束系统、光阑、锥台和轴棱锥；上述锥台的底角r1小于上述轴棱锥的底角r2，上述轴棱锥置于上述锥台产生的无衍射区域之后。
采用上述方案后，本实用新型的产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，激光器的光束经过望远镜准直扩束系统进行准直扩束，通过光阑后入射锥台。将锥台分为两部分，一部分是以锥台的顶平面为底面的呈圆柱状的中间部分，另一部分是环绕于中间部分外的外围环形部分，锥台的外围环形部分对光束来说，相当于一个底角为r1的传统轴棱锥，通过此外围环形部分将经过准直的光束变换为具有会聚角r1的锥面波，锥面波在光轴上交汇后形成无衍射区域后，以角度r1分离继续向前传输到达轴棱锥的底部；锥台的中间部分对光束没有变换作用，因此，中间部分的光束通过锥台后保持原有的光学性质，正入射轴棱锥。
由以上分析可知，准直后的光束入射锥台后分为两部分光束入射轴棱锥底部。一部分是中间部分，另一部分是外围的锥面波。外围的锥面波以一定角度r1入射轴棱锥底部，通过轴棱锥变换之后产生新锥面波的会聚角为（r2-r1）；而中间部分光束通过轴棱锥变换后产生锥面波的会聚角为r2。轴棱锥后两束具有不同会聚角的锥面波分别相干叠加，形成两束贝塞尔光束，在两束贝塞尔光之间则出现一个没有光通过的区域，即单个局域空心光束（bottle beam）。通过改变传统轴棱锥与锥台之间的距离就可以方便调节局域空心光束的尺寸。
本实用新型的光学系统，不用更换新元件就可以方便获得不同尺寸的局域空心光束(bottle beam)，而且结构简单，系统中元件数量少，元件加工相对容易、对锥台和轴棱锥的底角、材料折射率没有特殊要求。为获取局域空心光束(bottle beam)提供一种简洁、有效的新途径。
附图说明
图1为传统轴棱锥的立体示意图；
图2为本实用新型中锥台的立体示意图；
图3为本实用新型中锥台的平面示意图；
图4为本实用新型的结构示意图；
图5为本实用新型的光学系统产生bottle beam的原理图。
具体实施方式
本实用新型产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，如图1-5所示，包括激光器1、望远镜准直扩束系统2、圆形光阑3、锥台4和轴棱锥5，激光器1通过光具架6支撑定位于光学导轨7上，望远镜准直扩束系统2、光阑3、锥台4和轴棱锥5沿激光器1的激光光路依次通过光具架6设置于光学导轨7上。
其中，轴棱锥5采用如图1所示的传统轴棱锥，其底角为r2。
如图2所示，锥台4可采用传统轴棱锥加工而成，将传统轴棱锥的顶部磨削成与底平面相平行的平面即得到锥台4，锥台4的底角为r1。锥台4的底角r1小于轴棱锥5的底角r2。轴棱锥5置于锥台4产生的无衍射区域IJKL之后（如图5所示）。
如图3所示，锥台具有顶平面和底平面，将锥台分为两部分，一部分是以锥台4的顶平面为底面的呈圆柱状的中间部分41，另一部分是环绕于中间部分41外的外围环形部分42。
本实用新型的光学系统产生bottle beam的原理如图5所示。图5中r1为锥台4的底角，r2为轴棱锥5的底角。r2>r1。图中阴影部分为产生的局域空心光束的暗域部分，R为该部分最大半径。L为轴棱锥5与锥台4之间的距离，由图可知在不更换光学元件的条件下，只要增大L，就可以达到增大R的目的，同理，减小L，则R减小。因此只要改变L，就可以调节局域空心光束的尺寸。
工作时，激光器1的光束经过望远镜准直扩束系统2进行准直扩束，通过圆形光阑3后入射锥台4。锥台4的外围环形部分42对光束来说，相当于一个底角为r1的传统轴棱锥，通过此外围环形部分42将经过准直的光束变换为具有会聚角r1的锥面波，锥面波在光轴上交汇后形成无衍射区域后，以角度r1分离继续向前传输到达轴棱锥5的底部；锥台4的中间部分41对光束没有变换作用，因此，经过中间部分41的光束通过锥台4后保持原有的光学性质，正入射轴棱锥5。
由以上分析可知，准直后的光束入射锥台4后分为两部分光束入射轴棱锥5底部。一部分是中间部分，另一部分是外围的锥面波。外围的锥面波以一定角度r1入射轴棱锥5底部，通过轴棱锥5变换之后产生新锥面波的会聚角为（r2-r1）；而中间部分光束通过轴棱锥5变换后产生锥面波的会聚角为r2。轴棱锥5后两束具有不同会聚角的锥面波分别相干叠加，形成两束贝塞尔光束，分别为ABCE区域和EFGH区域，在两束贝塞尔光之间则出现一个没有光通过的区域，即单个局域空心光束（bottle beam）如图4中CE之间的阴影部分所示。通过改变传统轴棱锥5与锥台4之间的距离L就可以方便调节局域空心光束的尺寸。
本实用新型的光学系统，不用更换新元件就可以方便获得不同尺寸的局域空心光束(bottle beam)，而且结构简单，系统中元件数量少，元件加工相对容易、对锥台和轴棱锥的底角、材料折射率没有特殊要求。为获取局域空心光束(bottle beam)提供一种简洁、有效的新途径。
Claims (1)
1.产生尺寸可调局域空心光束的光学系统，其特征在于：包括激光器及按激光器的激光光路依次设置的望远镜准直扩束系统、光阑、锥台和轴棱锥；上述锥台的底角r1小于上述轴棱锥的底角r2，上述轴棱锥置于上述锥台产生的无衍射区域之后。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013203366275U CN203365805U (zh) | 2013-06-09 | 2013-06-09 | 产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013203366275U CN203365805U (zh) | 2013-06-09 | 2013-06-09 | 产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203365805U true CN203365805U (zh) | 2013-12-25 |
Family
ID=49813549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013203366275U Expired - Fee Related CN203365805U (zh) | 2013-06-09 | 2013-06-09 | 产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203365805U (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104678488A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-06-03 | 燕山大学 | 一种用于产生局域空心光束的双环状纤芯光子晶体光纤 |
| CN105807431A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 精确调控空心光束尺寸的光学系统 |
| CN105929559A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 一种激光模组、激光模组制备方法及深度测量装置 |
| CN105929558A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 用于产生结构光的激光模组 |
| CN109683331A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-26 | 长春理工大学 | 一种基于双焦透镜的多局域空心光束光镊系统 |
| CN113059279A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-02 | 广东宏石激光技术股份有限公司 | 一种激光切割装置及其切割方法 |
| CN115166984A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-10-11 | 武汉华日精密激光股份有限公司 | 一种生成贝塞尔光束的方法和装置 |
-
2013
- 2013-06-09 CN CN2013203366275U patent/CN203365805U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104678488A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-06-03 | 燕山大学 | 一种用于产生局域空心光束的双环状纤芯光子晶体光纤 |
| CN104678488B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-08-29 | 燕山大学 | 一种用于产生局域空心光束的双环状纤芯光子晶体光纤 |
| CN105807431A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 精确调控空心光束尺寸的光学系统 |
| CN105929559A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 一种激光模组、激光模组制备方法及深度测量装置 |
| CN105929558A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 用于产生结构光的激光模组 |
| CN109683331A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-26 | 长春理工大学 | 一种基于双焦透镜的多局域空心光束光镊系统 |
| CN113059279A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-02 | 广东宏石激光技术股份有限公司 | 一种激光切割装置及其切割方法 |
| CN115166984A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-10-11 | 武汉华日精密激光股份有限公司 | 一种生成贝塞尔光束的方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203365805U (zh) | 产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 | |
| CN106199782B (zh) | 用于激光高斯光束整形的单非球面透镜 | |
| CN202041723U (zh) | 一种产生尺寸可调局域空心光束的光学系统 | |
| US20140003456A1 (en) | Device For Converting The Profile of a Laser Beam Into a Laser Beam With a Rotationally Symmetrical Intensity Distribution | |
| CN103336367B (zh) | 三维光场调控装置 | |
| CN103217796B (zh) | 一种产生周期性Bottle beam的光学系统 | |
| CN103424871B (zh) | 周期局域空心光束自重建的光学系统 | |
| CN104570341B (zh) | 一种在圆锥透镜阴影区合成无衍射光束的方法和装置 | |
| CN104950455A (zh) | 实现用于产生空心光束的内外圆锥镜同轴的方法 | |
| CN104155771A (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及其使用方法 | |
| CN104181691A (zh) | 基于mems微镜折叠式的扫描光学系统 | |
| CN105189017A (zh) | 用于产生具有线状强度分布的激光射线的设备 | |
| CN103252575A (zh) | 一种用于激光材料加工的光学传输方法及系统 | |
| CN202393973U (zh) | 一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件 | |
| CN202351515U (zh) | 一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥 | |
| CN201589894U (zh) | 产生近似无衍射光束的装置 | |
| CN102436066B (zh) | 一种可调空心光束内外径的方法与装置 | |
| CN101738654A (zh) | 一种产生无衍射光的新型光学元件 | |
| CN204807812U (zh) | 可产生单个局域空心光束和周期性局域空心光束的光学系统 | |
| CN108897075B (zh) | 一种基于硅球及光子晶体负折射效应的亚波长成像器件 | |
| CN102419478A (zh) | 长距离近似无衍射光束的产生装置 | |
| CN102116883B (zh) | 一种产生周期局域空心光束的新型锥透镜 | |
| CN203773077U (zh) | 一种产生单个局域空心光束的led透镜 | |
| CN111240029B (zh) | 一种贝塞尔光束产生装置及其产生方法 | |
| CN202794707U (zh) | 可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131225 Termination date: 20160609 |