可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，该轴棱锥是在传统轴棱锥的基础上把顶端附近设置成球面结构。本实用新型专利技术的新型轴棱锥，通过单一元件即可产生多个Bottle?beam，不仅具有元件结构简单、转换效率高、光损伤阈值高、能量集中的优点，而且产生的多个Bottle?beam能量集中，可提高对粒子囚禁的力度。为获取多个局域空心光束提供了一种简洁、有效的新途径。对于粒子囚禁等微粒操控具有指导意义。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥
本技术涉及光学设计领域,具体是一种可产生多个Bottle beam(局域空心光束)的新型轴棱锥。
技术介绍
Bottle beam是一种在传播轴上存在暗域的特殊光束，此暗域是由周边高强度的光环绕而成的一个封闭区域。由于这种特殊性质Bottle beam被应用在光学的许多领域， 如光镊、激光导管、光学扳手、厚介质成像等，还可用于粒子囚禁，在生命科学和纳米技术中发挥重要的作用，近十几年来一直是人们研究的一个热点。目前产生Bottle beam的方法主要有Bessel光束聚焦产生单个Bottle beam、两束Bessel光束相干叠加产生自成像Bottle beam、激光器直接输出Bottle beam、平行光入射新型轴棱锥直接产生Bottle beam等,其中用新型轴棱锥产生Bottle beam结构简单又便于调节，我们课题组提出的梯度轴棱锥和液体轴棱锥等都具备这些优点。局域空心光束对粒子的囚禁主要是依靠暗域处的光强梯度来实现的，光强梯度越大对粒子的束缚就越强。现有的这些产生局域空心光束的方法，其产生的局域空心光束的光强梯度较小，囚禁粒子的散射力较弱。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，其所产生的局域空心光束具有囚禁粒子的散射力较强的特点。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，包括沿同一轴心线设置的基底部分和顶端部分，此基底部分为底角为Y、上底面半径为R2、下底面半径为R1的圆台状结构体，其中 R2 < R1 ;此顶端部分为以上述基底部分的上底面为底面、曲率半径为r的球冠状结构体，上述顶端部分的底面与上述基底部分的上底面相吻合复合在一起，上述曲率半径『二^上述基底部分和上述顶端部分为一体式结构。采用上述方案后，本技术的新型轴棱锥，当平行光入射本技术的新型轴棱锥时，按轴棱锥不同区域对光线的折射效果可分为两部分，第一部分为O < R < R2的区域，此区域形成一个平凸透镜，经过该区域的光线被此平凸透镜汇聚于焦点处；第二部分为 R2 < R < R1的区域,此时光线可等效于经过轴棱锥折射的情形,将形成Bessel光束。汇聚的球面波与Bessel光束产生相干叠加便可产生多个Bottle beam。本技术的新型轴棱锥，不仅具有传统轴棱锥结构简单、光损伤阈值高、能量转换效率高(几乎高达100%)的优点，而且产生的Bottle beam能量集中，囚禁粒子的散射力较强，对Bottle beam的产生及应用具有指导意义。附图说明图I为本技术的新型轴棱锥的结构示意图；图2为平行光入射本技术的新型轴棱锥的折射光路图；图3为本技术的新型轴棱锥产生多个Bottle beam的轴向光强模拟图；图4为本技术的新型轴棱锥产生多个Bottle beam的截面光强模拟图。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术的新型轴棱锥的结构和原理作进一步详细的说明。本技术可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，如图I所示，包括沿同一轴心线设置的基底部分I和顶端部分2，此基底部分I为底角为Y、上底面半径为R2、下底面半径为R1的圆台 状结构体，其中R2 < R1 ;此顶端部分2为以基底部分I的上底面为底面、曲率半径为r的球冠状结构体，顶端部分2的底面与基底部分I的上底面相吻合复合在一起，Ri + IL上述曲率半径r=~2厂本技术的新型轴棱锥可在传统轴棱锥的基础上进行加工而成。取一个底角为Y、底面半径为R1的传统轴棱锥，以轴线为中心、R2(R2 < R1)为半径，把轴棱锥顶端磨成一个曲率半径为r =的球面，从而在O < R < R2区域形成一个平凸透镜，R2 < R< R1部分可视为传统的轴棱锥。由几何光学分析可知，当光束垂直入射到本技术的新型轴棱锥时，如图2所示，O < R < R2部分的光线被平凸透镜聚焦于焦点？&，&<! <&部分的光线经轴棱锥折射后在在Z1与Z2之间形成Bessel光束。根据要求调节球面曲率半径r可改变平凸透镜的焦点F，使焦点处在Bessel光束的无衍射区域中间，即/ = &^，由几何关系可知此时 R' +Rnr = 一~一^。汇聚的球面波与Bessel光束产生相干叠加便可形成多个Bottle beam。作为一个实例，入射本技术的新型轴棱锥的平行光光源采用He-Ne激光器λ =632. 8nm,图I中轴棱锥材料采用石英玻璃η = I. 45,底面半径R1 = 5mm, R2 = I. 5mm,底角Y = 2°，相应的r = 93. 106mm。图3为轴棱锥后的轴向光强分布，图4为光束在两个周期内的截面分布图，此图4中(a) z = 200mm ； (b) z = 203mm ; (c) z = 205. 5mm ； (d) z = 208. 5mm ； (e) z = 211. 5mm o本技术的可产生多个Bottle beam的新型轴棱锥,其优点在于通过单一元件即可获得多个Bottle beam,不仅具有传统轴棱锥元件结构简单、光转换效率高、光损伤阈值高的优点，并且所产生的Bottle beam能量集中，可以提高对粒子囚禁的力度，对于粒子囚禁等微粒操控具有特殊意义。权利要求1.可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，其特征在于包括沿同一轴心线设置的基底部分和顶端部分，此基底部分为底角为Y、上底面半径为R2、下底面半径为R1的圆台状结构体，其中R2 < R1 ;此顶端部分为以上述基底部分的上底面为底面、曲率半径为r的球冠状结构体，上述顶端部分的底面与上述基底部分的上底面相吻合复合在一起，上述曲率半径R1 -I- ItV 二-— O2.根据权利要求I所述的可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，其特征在于上述基底部分和上述顶端部分为一体式结构。专利摘要本技术公开了一种可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，该轴棱锥是在传统轴棱锥的基础上把顶端附近设置成球面结构。本技术的新型轴棱锥，通过单一元件即可产生多个Bottle beam，不仅具有元件结构简单、转换效率高、光损伤阈值高、能量集中的优点，而且产生的多个Bottle beam能量集中，可提高对粒子囚禁的力度。为获取多个局域空心光束提供了一种简洁、有效的新途径。对于粒子囚禁等微粒操控具有指导意义。文档编号G02B27/09GK202794707SQ20122038506公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日专利技术者吴逢铁, 程治明, 方翔, 范丹丹 申请人:华侨大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
可产生多个局域空心光束的新型轴棱锥，其特征在于：包括沿同一轴心线设置的基底部分和顶端部分，此基底部分为底角为γ、上底面半径为R2、下底面半径为R1的圆台状结构体，其中R2＜R1；此顶端部分为以上述基底部分的上底面为底面、曲率半径为r的球冠状结构体，上述顶端部分的底面与上述基底部分的上底面相吻合复合在一起，上述曲率半径FDA00001972431500011.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴逢铁，程治明，方翔，范丹丹，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：实用新型
国别省市：