[发明专利]一种产生周期性Bottle beam的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用圆锥透镜对无衍射贝塞尔(Bessel)光束进行聚焦产生周期性局域空心光束(Bottle beam)的变换技术，可以方便快捷的产生周期性Bottle beam。

背景技术

局域空心光束（Bottle beam）是一种在传播方向上嵌入光强为零的空洞，是由一束高度汇聚的激光形成的三维势阱，可以捕获进而操控微小粒子，实现对微粒的全方位三维操作，尤其是作为光镊操纵微粒具有非接触、低损伤等优点，使操纵活体物质成为可能，已成功应用于生物医学领域，并在细胞、生物大分子的操控和生物大分子生命过程中的动力学行为研究等方面发挥着巨大的作用。它作为激光导管和光学扳手等在生命科学和纳米科技中也起到了不可忽略的作用。

目前，产生Bottle beam的方法有多种：如光学全息法、Bessel光相干法、高斯光束和拉盖尔-高斯光束干涉法、轴棱锥-透镜法等。但是这些方法都需要不仅价格不菲，而且存在设备成本高的问题，还存在系统安装调试难度较大的缺陷，不利于Bottle beam的实际应用。

为解决上述问题，本发明人提出了一种用轴棱锥对无衍射Bessel光束进行聚焦来产生周期性Bottle beam的光学系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便快捷产生周期性Bottle beam的光学系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种产生周期性Bottle beam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可调衰减器、短焦距透镜、长焦距透镜、光阑、第一轴棱锥和第二轴棱锥；其中，上述短焦距透镜的焦点和上述长焦距透镜的焦点重合；上述第一轴棱锥紧靠着上述光阑；上述第一轴棱锥的底角β小于上述第二轴棱锥的底角γ；上述第二轴棱锥处在上述第一轴棱锥产生的最大无衍射距离之内。

上述激光器为He-Ne激光器。

上述可调衰减器由二偏振片组成，由该二偏振片的偏振方向形成的夹角为可调。

采用上述方案后，当激光器发出的激光光束依次经可调衰减器的衰减、短焦距透镜和长焦距透镜准直扩束后，经由光阑，再正入射到第一轴棱锥上，并在第一轴棱锥后一定距离内形成近似无衍射区域，最后在此无衍射区域内由第二轴棱锥对产生的无衍射光束进行聚焦而形成周期性的Bottlebeam；由于平行光经第一轴棱锥后可以产生会聚的锥面波，而其交叠区域即为无衍射光，在交叠区域内插入第二轴棱锥且第二轴棱锥γ的底角大于第一轴棱锥的底角β，会聚的锥面波将进一步被整形成两束会聚的锥面波，在这两束会聚的锥面波的交叠处将产生周期性的Bottle beam，由此将方便快捷地产生周期性的Bottle beam。故本发明为获取周期性的Bottle beam提供了一种简洁、有效的新途径。在实际应用中，特别是对于微粒的多层面操控具有特殊意义。

附图说明

图1为本发明光学系统的组成原理图；

图2为本发明光学系统的光路示意图；

图3为本发明光学系统的原理说明图；

图4为本发明光学系统的结果图;

图5为本发明光学系统的实验光斑图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明系统的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明系统进行详细阐述。

本发明的一种产生周期性Bottle beam的光学系统，如图1所示，包括光学平台1和分别用固定支架9支撑定位的激光器2、可调衰减器3、短焦距透镜4、长焦距透镜5、光阑6、第一轴棱锥7和第二轴棱锥8；其中，在光学平台1上放置激光器2，沿该激光器2的激光光路依次放置所述可调衰减器3、短焦距透镜4、长焦距透镜5、光阑6、第一轴棱锥7和第二轴棱锥8。

其中，短焦距透镜4的焦点和长焦距透镜5的焦点重合；第一轴棱锥7紧靠着光阑6；第一轴棱锥7的底角β小于第二轴棱锥8的底角γ；第二轴棱锥8处在第一轴棱锥7产生的最大无衍射距离之内。

其中，激光器2采用He-Ne激光器，可调衰减器3可以由两片直径为62mm的偏振片组成，由该两偏振片的偏振方向形成的夹角可通过旋转偏振片以实现可调作用。