[发明专利]一种三维声镊发射器、三维聚焦声镊操控系统及其应用

权利要求书

1.一种三维声镊发射器，其特征在于，所述三维声镊发射器包括一个结构板，所述结构板上设置有同中心轴的第一组螺线槽、第二组螺线槽和同心圆环组；

所述第一组螺线槽为逆时针方向的螺线槽，所述第二组螺线槽为顺时针方向的螺线槽，两组螺线槽在同一位置直接叠加，组成复合螺线槽，所述第一组螺线槽与所述第二组螺线槽产生涡旋的拓扑电荷大小相等但符号相反；

所述同心圆环组由八个宽度不同的同心圆环构成，分别为：内部四个同心圆环，即焦距为f₂的菲涅尔波带片；以及外部四个同心圆环，即焦距为f₃的菲涅尔波带片；

所述第一组螺线槽和第二组螺线槽均位于所述同心圆环组的外围；

顺时针方向的第二组螺线槽为菲涅尔螺线槽，逆时针方向的第一组螺线槽为菲涅尔螺线槽；

焦距为f₂的内部菲涅尔波带片的第n个环的宽度为

焦距为f₃的外部菲涅尔波带片的第n′个环的宽度为

n或n′＝1,2,3,4，λ为入射波长；

当一束声平面波入射到所述结构板上时，位于第一组螺线槽和第二组螺线槽内的螺线槽将使透射声波在焦距为f₁处产生横向的聚焦花瓣波束，两个菲涅尔波带片将在焦距分别为f₂和f₃处各产生一个轴向的聚焦波束；f₂f₁f₃；

横向的聚焦花瓣波束与两个轴向的聚焦波束共同组成一个三维的、中心强度为零的三维聚焦声镊。

2.根据权利要求1所述的三维声镊发射器，其特征在于，所述结构板的材质为不锈钢材料、黄铜材料或钛合金材料。

3.根据权利要求2所述的三维声镊发射器，其特征在于，所述结构板的材质为不锈钢材料。

4.根据权利要求1或2所述的三维声镊发射器，其特征在于，所述第一组螺线槽以及第二组螺线槽均包含两个螺线槽，其中第一组螺线槽中的第m个螺线槽的两根螺线r₁和r₂的方程分别和能够在焦距为f₁处产生一个拓扑电荷为l＝2的聚焦声涡旋；其中第二组螺线槽中的第m′个螺线槽的两根螺线r₃和r₄的方程分别为和能够在焦距为f₁处产生一个拓扑电荷为l＝-2的聚焦声涡旋；

r₁、r₂、r₃和r₄均代表螺线的半径；

0m≤2且为整数，0m′≤2且为整数；

d代表第一组螺线槽以及第二组螺线槽的宽度，两组螺线槽的宽度相同，所述d小于入射波长λ；

r₀为一个常数，r₀＝8λ；

θ的取值从0到8π。

5.根据权利要求1或2所述的三维声镊发射器，其特征在于，所述的第一组螺线槽和第二组螺线槽均包括五个螺线槽，其中第一组螺线槽中的第m″个螺线槽的两根螺线r₁′和r₂′的方程分别和能够在焦距为f₁处产生一个拓扑电荷为l＝5的聚焦声涡旋；其中第二组螺线槽中的第m″′个螺线槽的两根螺线r₃′和r₄′的方程分别为和能够在焦距为f₁处产生一个拓扑电荷为l＝–5的聚焦声涡旋；

r₁′、r₂′、r₃′和r₄′均代表螺线的半径；

0m″≤5且为整数，0m″′≤5且为整数；

d代表第一组螺线槽以及第二组螺线槽的宽度，且两组螺线槽的宽度相同，所述d小于入射波长λ；

r₀为一个常数，r₀＝8λ；

θ的取值从0到4π。

6.一种三维聚焦声镊操控系统，包含权利要求1-5任一项所述的三维声镊发射器。