[發明專利]可產生單個局域空心光束的新型軸棱錐

無效

• 申請號: 201110329261.4
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102364376A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 程治明;吳逢鐵;張前安;鄭維濤
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G21K1/06
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳智海

技術領域

本發明涉及光學領域，具體是一種可產生單個局域空心光束 (Bottle?beam)的新型軸棱錐。

背景技術

局域空心光束是一種沿光傳播方向上有著強度為零的三維封閉區 域，并且周圍圍繞著高強度的光，形成極高的強度梯度。對于處在暗 域的微粒存在因光壓而產生的束縛力，可作為激光導管、光鑷和光學 扳手等工具。因此，一直是研究的一個熱點。

目前，產生局域空心光束的方法有多種。例如軸棱軸棱錐系統產 生Bessel光后，通過透鏡聚焦可以形成單個局域空心光束，兩束同頻 率且具有不同徑向波矢分量的Bessel光相干可形成周期性的局域空 心光束，梯度軸棱錐、階變折射率軸棱錐等一系列產生局域空心光束 的新型光學元件也一一被人們發明，實現了單一元件即可產生單個或 多個周期性的局域空心光束。但這些元件的不足之處在于元件制造出 來之后其參量是單一固定的，由此它們產生的局域空心光束尺寸也就 固定了，而囚禁不同的微觀粒子通常需要不同尺寸的局域空心光束， 這就給實際操作中軸棱錐的使用帶來了不便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可產生單個局域空心光束的新型軸 棱錐，其使用時可根據需要得到不同尺寸的局域空心光束。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

可產生單個局域空心光束的新型軸棱錐，包括分別由折射率相同 的光學玻璃制成的軸棱錐部分和圓柱體部分；上述軸棱錐部分的底部 設有軸棱錐狀凹孔，此軸棱錐狀凹孔的底部與上述軸棱錐部分的底部 相齊平，此軸棱錐狀凹孔的頂角指向上述軸棱錐部分的頂角，且此軸 棱錐狀凹孔的底部半徑小于上述軸棱錐部分的底部半徑，此軸棱錐狀 凹孔的頂角與上述軸棱錐部分的頂角相同；上述圓柱體部分的一端底 面粘合于上述軸棱錐部分的底部，且上述圓柱體部分的此端底面對應 設有半徑與上述軸棱錐狀凹孔的底面半徑相同的圓柱狀凹孔，上述軸 棱錐狀凹孔與上述圓柱狀凹孔構成一容納液體的腔體，上述軸棱錐部 分上或上述圓柱體部分上或上述軸棱錐部分與上述圓柱體部分的粘 合處開設有通向此腔體的注液孔，此腔體內填充有通過此注液孔注入 的具有特定折射率的液體，且此液體的折射率大于上述軸棱錐部分的 材料的折射率。

采用上述方案后，按對光線偏折能力的不同可以將本發明的軸棱 錐分為兩部分，即上述腔體所對應的中間部分和環繞包圍上述腔體的 外圍環形部分。由于外圍環形部分相對于中心部分對光線偏折能力較 弱，平面波垂直入射到本發明的軸棱錐時，中間部分和外圍環形部分 將產生兩束不同會聚角的錐面波，且外圍環形部分產生的錐面波會聚 角較小，所以兩束錐面波在軸上會形成一個沒有光通過的區域即形成 局域空心光束。更換不同折射率的液體可以按實際要求得到不同尺寸 的局域空心光束。

本發明的可產生單個局域空心光束的新型軸棱錐，其優點在于通 過單一元件即可獲得單個局域空心光束，具有傳統軸棱錐元件結構簡 單、轉換效率高、光損傷閾值高的優點，并且還能夠根據實際要求更 換不同折射率的液體來得到不同尺寸的局域空心光束，以滿足實際操 作中囚禁不同大小粒子的要求。大大提高的軸棱錐的利用率，也增強 了局域空心光束的實用性，在某種層面上也降低了軸棱錐的成本。對 于微粒操控具有特殊意義。

附圖說明

圖1為本發明的軸棱錐的結構分解示意圖；

圖2為本發明的軸棱錐的結構組合示意圖；

圖3為本發明的軸棱錐產生單個局域空心光束的示意圖；

圖4為本發明入射光經軸棱錐的折射光路圖；

圖5為本發明的軸棱錐的一種實例光路模擬圖；

圖6為本發明的軸棱錐的另一種實例光路模擬圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明軸棱錐的結構和原理作進一步詳 細的說明。

本發明的可產生單個局域空心光束的新型軸棱錐，如圖1、2所 示，包括分別由折射率相同的常用光學玻璃制成的軸棱錐部分1和圓 柱體部分2，軸棱錐部分1的底面半徑與圓柱體部分2的底面半徑相 等，且，軸棱錐部分1的底部11中心位置設有軸棱錐狀凹孔12，此 軸棱錐狀凹孔12的底部與軸棱錐部分1的底部相齊平，此軸棱錐狀 凹孔12的頂角指向軸棱錐部分1的頂角，且此軸棱錐狀凹孔12的底 部半徑小于軸棱錐部分1的底部半徑，此軸棱錐狀凹孔12的頂角與 軸棱錐部分1的頂角相同。