[發明專利]用LED光源實現Bessel光自重建的光學系統

無效

• 申請號: 201210363878.2
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102902066A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 吳逢鐵;范丹丹;杜團結;王濤
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/00;G21K1/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 車世偉

技術領域

本發明涉及一種利用非相干LED光源通過障礙物后無衍射Bessel光束自重建的光學系統。

背景技術

自1987年Durnin首次提出無衍射Bessel光束以來，這類光束便以其主光斑尺寸小、能量集中、方向性好、光場分布不隨傳輸距離而變化等特點吸引了國內外科研人員的廣泛關注。近年來，由于無衍射Bessel光束所擁有高斯光束等普通光束不曾有的重要特性-重建特性，在生物工程和醫學領域取得了許多重要的成果。

當一個粒子被無衍射光束捕獲時，粒子將會使其附近光場分布發生畸變，但在粒子后一定距離處無衍射光束會發生重建，這樣又可以捕獲其它粒子，無衍射光束的重建特性使得無衍射光束同時操作多層面粒子成為可能。到目前為止人們對Bessel光束自重建所做的研究都是在采用相干光源(激光)的基礎上展開的，而對于非相干LED光源無衍射光的自重建研究國內外尚未有報道。LED作為一種新型固態光源，具有節能、環保、壽命長、可靠耐用、響應時間快和高顯色性等諸多優點，并且LED造價低廉，極易獲得，有著獨特的市場優勢。非相干光源可重建的特性在粒子多層面操控、光學微操作等方面具有極高的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用LED光源實現Bessel光自重建的光學系統。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

用LED光源實現Bessel光自重建的光學系統，包括光學平臺、光具座、LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡、軸棱錐和不透光障礙物；

其中，LED聚光透鏡通過光具座支設于光學平臺的一端，以光學平臺設置LED聚光透鏡的一端為后，另一端為前，LED聚光透鏡罩設于LED燈珠外用以將LED燈珠發出的光匯聚后投向前方，聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡、軸棱錐和不透光障礙物分別通過光具座依次支設于LED聚光透鏡的前方；

聚光筒為錐形聚光筒，LED聚光透鏡的開口套接于此錐形聚光筒的大端內，此錐形聚光筒的小端具有用以將光線出射至前方的小孔；

LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡、軸棱錐和不透光障礙物的中心都在光軸上，聚光筒與光闌的間距D要滿足的條件，其中b為聚光筒小端的小孔內徑，d為光闌的直徑，λ為入射光的波長；光闌與短焦距透鏡的間距小于35cm；短焦距透鏡與長焦距透鏡的間距為兩者焦距之和；軸棱錐與長焦距透鏡的間距小于18m，軸棱錐與不透光障礙物之間的距離小于13cm。

所述LED聚光透鏡為能與LED燈珠膠合的聚光透鏡。

所述聚光筒用于與LED聚光透鏡相套接的大端的半徑略大于或等于所述LED聚光透鏡的開口半徑；所述小孔的半徑約為1mm。

所述光闌為半徑可調的圓孔光闌，用以提高LED光場的相干性。

所述LED燈珠采用頻譜寬度小于80nm的LED燈珠。

所述LED燈珠為藍光LED燈珠。

采用上述方案后，點亮LED燈珠，LED燈珠發出的光經LED聚光透鏡匯聚后進入聚光筒，光線在聚光筒內經過多次反射并匯聚達到強度分布較均勻的狀態從聚光筒的小孔出射，經過光闌光場空間相干性得到提高，再通過由短焦距透鏡和長焦距透鏡構成的準直擴束系統后接近平行光入射到軸棱錐上，在軸棱錐后一定距離內形成近似無衍射區域，在無衍射區域內放置不透光障礙物，Bessel光束不會因此而停止傳播，反而繞過不透光障礙物繼續傳播，并在障礙物后方投下一片陰影區，但很快Bessel光束又恢復到原來的光強分布，即在無衍射區域內發生了重建。

本發明采用的LED燈珠、LED聚光透鏡等光學元件造價低廉，獲取容易，為用非相干光源實現Bessel光束自重建提供了較為方便快捷的方法，使非相干光源產生無衍射光束能同時操作多個粒子成為可能，為多層面操控粒子、光學微操作提供了條件，對于非相干光源的研究具有重大意義。

附圖說明

圖1為本發明光學系統的結構示意圖；

圖2為本發明的光路示意圖(省略LED聚光透鏡4)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明系統的結構和原理作進一步詳細的說明。

本發明用LED光源實現Bessel光自重建的光學系統，如圖1所示，包括光學平臺1，光具座2，LED燈珠3，LED聚光透鏡4，聚光筒5，光闌6，短焦距透鏡7，長焦距透鏡8，不透光軸棱錐9和障礙物10。其中，LED燈珠3可選用頻譜寬度小于80nm的LED燈珠，本實施例選用藍光LED燈珠，頻譜寬度為41nm。