精确调控空心光束尺寸的光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种精确调控空心光束尺寸的光学系统，其包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的光路依次放置准直扩束系统、直径可调的环缝、旋转毛玻璃、薄透镜和轴棱锥。通过本发明专利技术的光学系统可以利用改变环缝直径的方式精确调空心光束的尺寸,为获取尺寸可调的空心光束提供了简洁，有效的新途径；为灵活操纵不同尺寸的微粒提供了有力的手段。该光学系统涉及光学元件少，结构简单，易于搭建和调试，操作简单，且对空心光束尺寸控制精准等优点。因此，在实际应用中具有广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
精确调控空心光束尺寸的光学系统
本专利技术涉及光学领域，具体是一种精确调控空心光束尺寸的光学系统。
技术介绍
空心光束是一种在传输方向上光强为零的环状光束。该光束被用于微粒捕获时，具有非接触、无损伤以及低扰动等优点，从而受到人们的广泛关注。2013年Eckerskorn等人提出将空心光束作为激光导管的方案，并在实验上成功实现对微粒的捕获与导引；2015年Porfirev等人利用空心光束成功实现了对空气中碳纳米颗粒的囚禁。2015年Turpin等提出用蓝失谐的光环冷却与囚禁87Rb原子玻色-爱因斯坦凝聚的新方案，并在相关实验中得到验证。因此对于空心光束的产生与应用一直是研究的热点。为了获得适合实际应用的空心光束，科学家们进行大量的探索，获得空心光束的新方案也不断被提出。目前产生空心光束的有多种，如波晶片相位板法、光纤法、螺旋相位板法、双轴棱锥法、计算机全息法等，但这些方法所产生空心光束的尺寸大都难以控制，无法灵活俘获与操纵尺寸不同的微粒，限制了它们的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种精准调控空心光束尺寸的光学系统，其可便捷且精准地调控空心光束尺寸。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：精确调控空心光束尺寸的光学系统，包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的激光光路依次放置准直扩束系统、直径可调的环缝、旋转毛玻璃、薄透镜和轴棱锥；其中，激光束经过准直扩束系统后的束宽大于环缝的直径，环缝的缝宽远小于环缝的直径，环缝紧靠着旋转毛玻璃，旋转毛玻璃与薄透镜的距离等于薄透镜的焦距。采用上述方案后,扩束后的激光束经过环缝以及旋转毛玻璃后，产生非相干准单色的环形光源；经过薄透镜聚焦后，产生贝塞尔-谢尔模型光束；再经过轴棱锥线聚焦，在轴棱锥后面产生空心光束。通过改变环缝直径的形式实现空心光束尺寸的精确可调。本光学系统结构简单，操作简单且能对空心光束尺寸进行精准调控等优点；因此，该系统能够灵活捕获不同尺寸的微粒，且适用于各种复杂环境下的粒子捕获。在实际应用中具有广泛的市场前景。附图说明图1为本专利技术光学系统的组成装置图；图2为本专利技术光学系统的光路示意图；图3本专利技术中环缝的结构示意图；图4为本专利技术中空心光束与环缝缝宽的变化关系图。具体实施方式为了进一步解释本专利技术系统的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术系统进行详细阐述。本专利技术的精确调控空心光束尺寸的光学系统，如图1所示，包括光学平台1，光学平台上设置有He-Ne激光器2，沿He-Ne激光器2的光路依次放置短焦距透镜3、长焦距透镜4、直径可调的环缝5、毛玻璃6、薄透镜8和轴棱锥9。毛玻璃6与薄透镜8之间设置有用于驱动毛玻璃6旋转的小马达7，轴棱锥9后方设置有用于测量所产生的空心光束的直径的CCD成像系统10。激光器2、短焦距透镜3、长焦距透镜4、直径可调的环缝5、毛玻璃6、小马达7、薄透镜8、轴棱锥9和CCD成像系统10均通过固定支架11支撑定位于光学平台1上。其中，He-Ne激光束经过短焦距透镜3和长焦距透镜4组成的扩束系统后的束宽应大于环缝5的直径，环缝5的缝宽应远小于环缝5的直径D(具体见图3)，环缝5紧靠着毛玻璃6，且毛玻璃6与薄透镜8的距离应等于薄透镜8的焦距。工作时，如图2所示，首先将He-Ne激光器2以及小马达7打开，激光束经过短焦距透镜3和长焦距透镜4准直扩束后，照射在环缝5以及旋转的毛玻璃6上产生非相干准单色环形光源，经过薄透镜8聚焦后产生贝塞尔-谢尔模型光束，最后通过轴棱锥8对JSM光束的线聚焦作用产生向外发散幅度很小的空心光束。通过改变环缝5的直径大小控制非相干环形光源尺寸，对贝塞尔-谢尔模型光场的空间相干度分布进行调制，从而实现对空心光束尺寸的精确控制。作为实施例，我们选择短焦距透镜3的焦距f＝15mm、长焦距透镜4的焦距f＝190mm，环缝5的缝宽为0.02mm，薄透镜8的焦距f＝200mm，轴棱锥9的底角γ＝1°，轴棱锥9的折射率n＝1.458。实验时，根据图1的元件顺序搭建光学系统；环缝5的直径分别取1、2、3、4、5、6mm，并在轴棱锥9后不同距离处用CCD成像系统10测量产生空心光束的直径，见表1。表1不同尺寸环缝在不同Z平面上产生空心光束的尺寸将表1中不同Z平面的光环直径以及环缝直径分别除以每一行的最大值，即进行归一化处理，并将数据绘制在横坐标为环缝直径的曲线图上，见图4。从图4可知，归一化后空心光环尺寸随着环缝呈线性变化，同时这种变化趋势与位置无关，且与归一化后环缝变化情况一致。通过分析表1不难发现，在同一Z平面上，变化前后环缝的比值与空心光束的保持一致。这规律可很方便地对Z平面空心光束随环缝的变化情况进行定量描述，从而实现对空心光束尺寸的精确调控。由此，该光学系统将为不同尺寸粒子捕获和操纵打开新的大门，其市场前景也是非常的广阔的。上述实施例和图式并非限定本专利技术系统的产品形态和式样，任何所属
的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本专利技术系统的专利范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
精确调控空心光束尺寸的光学系统，其特征在于：包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的激光光路依次放置准直扩束系统、直径可调的环缝、旋转毛玻璃、薄透镜和轴棱锥；其中，激光束经过准直扩束系统后的束宽大于环缝的直径，环缝的缝宽远小于环缝的直径，环缝紧靠着旋转毛玻璃，旋转毛玻璃与薄透镜的距离等于薄透镜的焦距。

【技术特征摘要】
1.精确调控空心光束尺寸的光学系统，其特征在于：包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的激光光路依次放置准直扩束系统、直径可调的环缝、旋转毛玻璃、薄透镜和轴棱锥；其中，激光束经过准直扩束系统后的束宽大...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴逢铁，朱清智，胡润，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35