[实用新型]可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学传输变换领域与光学设计领域，具体是一种可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件。

背景技术

局域空心光束(Bottlebeam)是一种在沿传输方向的三维空间内具有封闭暗域的特殊空心光束，且暗域周围的光束具有极高的强度，对处在暗域中的粒子有着束缚与囚禁的作用。Bottlebeam由于对粒子特殊的“囚禁”能力而被广泛应用在粒子囚禁和生物细胞囚禁，还可用作激光导管，光镊与光学扳手等，因此，一直是光束变换与粒子操控研究中的热点。

Bottlebeam特殊的光强分布促进了人们对它的研究，现今已有许多产生Bottlebeam的方法，SB用全息法得到Bottlebeam，PTTai使用激光器直接输出了Bottlebeam，Ahluwalia使用两束Bessel光束干涉得到了自成像Bottlebeam。我们实验组也做出了相关研究并提出了多种产生Bottlebeam的新型元件，如凹锥透镜，圆顶轴棱锥，组合式轴棱锥，梯度折射率轴棱锥，发光二极管透镜等，都能在实验或理论中获得单个或周期的Bottlebeam。但是产生Bottlebeam的这些方法中，特殊的光学系统产生Bottlebeam往往过于复杂，稳定性较差，容易受到干扰，单元件产生Bottlebeam虽然系统简单，但生产较为困难，许多元件的设计仅存在于理论，现实中制备或加工难度较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、便于生产、可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件，包括罩体和平凸透镜，罩体为不透光的圆形片状，且此罩体上具有两个透光的同心圆环；罩体以可拆卸的方式贴附在平凸透镜的平面上，且两个透光的同心圆环的圆心与平凸透镜的中心重合。

所述罩体通过透明的粘胶贴附在所述平凸透镜的平面上。

所述罩体通过卡扣结构贴附在所述平凸透镜的平面上。

采用上述方案后，本实用新型的可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件，利用球面透镜非理想成像(球差)效应，即光轴上同一物点发出的光线经球面透镜成像后不能汇聚到同一像点。当平行光垂直入射本实用新型的光学元件时，由于罩体的作用，只有两组同心环状光束能够出射元件，由于使用出射面为球面的平凸透镜，具有球差，不同位置入射的平行光被汇聚的轴向距离不同，因此，两组同心环形光束在轴上会形成一个三维空间内闭合的无光区域，即Bottlebeam。本实用新型的光学元件能产生稳定性较高的单个Bottlebeam，通过更换光罩可实现Bottlebeam的尺寸可调，元件结构简单容易制作，是生产与实验中产生Bottlebeam的一种更简洁，有效，更具操作性的新方法，在实际应用中，对不同尺寸的粒子囚禁具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型光学元件的俯视图。

图2为本本实用新型光学元件的侧视图。

图3为本实用新型光学元件产生Bottlebeam的几何分析图。

图4为本实用新型中采用TracePro模拟的Bottlebeam截面照度分布图。其中，(a)图中z＝99.0mm，(b)图中z＝99.1mm，(c)图中z＝99.2mm，(d)图中z＝99.5mm，(e)图中z＝99.6mm。

图5为本实用新型中实验测得的Bottlebeam截面照度分布图。其中，(a)图中z＝98.3mm，(b)图中z＝99.1mm，(c)图中z＝99.2mm，(d)图中z＝99.3mm(e)图中z＝100.4mm。

具体实施方式

下面结合图示，用模拟与实验对新型光学元件的结构和原理作进一步详细的说明。

本实用新型的可产生尺寸可调的单个局域空心光束的光学元件，如图1、2所示，包括罩体100和平凸透镜200，罩体100为不透光的圆形片状，且此罩体100中间具有两个透光的同心圆环11、12；罩体100以可拆卸的方式贴附在平凸透镜200的平面上，且两个透光的同心圆环11、12的圆心与平凸透镜200的中心重合。