[发明专利]可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，具体是一种可产生单个局域空心光束 (Bottle beam)的新型轴棱锥。

背景技术

局域空心光束是一种沿光传播方向上有着强度为零的三维封闭区 域，并且周围围绕着高强度的光，形成极高的强度梯度。对于处在暗 域的微粒存在因光压而产生的束缚力，可作为激光导管、光镊和光学 扳手等工具。因此，一直是研究的一个热点。

目前，产生局域空心光束的方法有多种。例如轴棱轴棱锥系统产 生Bessel光后，通过透镜聚焦可以形成单个局域空心光束，两束同频 率且具有不同径向波矢分量的Bessel光相干可形成周期性的局域空 心光束，梯度轴棱锥、阶变折射率轴棱锥等一系列产生局域空心光束 的新型光学元件也一一被人们发明，实现了单一元件即可产生单个或 多个周期性的局域空心光束。但这些元件的不足之处在于元件制造出 来之后其参量是单一固定的，由此它们产生的局域空心光束尺寸也就 固定了，而囚禁不同的微观粒子通常需要不同尺寸的局域空心光束， 这就给实际操作中轴棱锥的使用带来了不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可产生单个局域空心光束的新型轴 棱锥，其使用时可根据需要得到不同尺寸的局域空心光束。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，包括分别由折射率相同 的光学玻璃制成的轴棱锥部分和圆柱体部分；上述轴棱锥部分的底部 设有轴棱锥状凹孔，此轴棱锥状凹孔的底部与上述轴棱锥部分的底部 相齐平，此轴棱锥状凹孔的顶角指向上述轴棱锥部分的顶角，且此轴 棱锥状凹孔的底部半径小于上述轴棱锥部分的底部半径，此轴棱锥状 凹孔的顶角与上述轴棱锥部分的顶角相同；上述圆柱体部分的一端底 面粘合于上述轴棱锥部分的底部，且上述圆柱体部分的此端底面对应 设有半径与上述轴棱锥状凹孔的底面半径相同的圆柱状凹孔，上述轴 棱锥状凹孔与上述圆柱状凹孔构成一容纳液体的腔体，上述轴棱锥部 分上或上述圆柱体部分上或上述轴棱锥部分与上述圆柱体部分的粘 合处开设有通向此腔体的注液孔，此腔体内填充有通过此注液孔注入 的具有特定折射率的液体，且此液体的折射率大于上述轴棱锥部分的 材料的折射率。

采用上述方案后，按对光线偏折能力的不同可以将本发明的轴棱 锥分为两部分，即上述腔体所对应的中间部分和环绕包围上述腔体的 外围环形部分。由于外围环形部分相对于中心部分对光线偏折能力较 弱，平面波垂直入射到本发明的轴棱锥时，中间部分和外围环形部分 将产生两束不同会聚角的锥面波，且外围环形部分产生的锥面波会聚 角较小，所以两束锥面波在轴上会形成一个没有光通过的区域即形成 局域空心光束。更换不同折射率的液体可以按实际要求得到不同尺寸 的局域空心光束。

本发明的可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其优点在于通 过单一元件即可获得单个局域空心光束，具有传统轴棱锥元件结构简 单、转换效率高、光损伤阈值高的优点，并且还能够根据实际要求更 换不同折射率的液体来得到不同尺寸的局域空心光束，以满足实际操 作中囚禁不同大小粒子的要求。大大提高的轴棱锥的利用率，也增强 了局域空心光束的实用性，在某种层面上也降低了轴棱锥的成本。对 于微粒操控具有特殊意义。

附图说明

图1为本发明的轴棱锥的结构分解示意图；

图2为本发明的轴棱锥的结构组合示意图；

图3为本发明的轴棱锥产生单个局域空心光束的示意图；

图4为本发明入射光经轴棱锥的折射光路图；

图5为本发明的轴棱锥的一种实例光路模拟图；

图6为本发明的轴棱锥的另一种实例光路模拟图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明轴棱锥的结构和原理作进一步详 细的说明。

本发明的可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，如图1、2所 示，包括分别由折射率相同的常用光学玻璃制成的轴棱锥部分1和圆 柱体部分2，轴棱锥部分1的底面半径与圆柱体部分2的底面半径相 等，且，轴棱锥部分1的底部11中心位置设有轴棱锥状凹孔12，此 轴棱锥状凹孔12的底部与轴棱锥部分1的底部相齐平，此轴棱锥状 凹孔12的顶角指向轴棱锥部分1的顶角，且此轴棱锥状凹孔12的底 部半径小于轴棱锥部分1的底部半径，此轴棱锥状凹孔12的顶角与 轴棱锥部分1的顶角相同。