[發明專利]基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統

有效

• 申請號: 201911093176.5
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110967842B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 張賀;林興磊;金亮;徐英添;鄒永剛;李衛沿;王海珠;范杰;馬曉輝
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G21K1/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明涉及一種基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統，其中包括沿光線傳播方向依次設置的激光源、擴束鏡、圓孔光闌、軸棱錐、聚焦透鏡；所述激光源發出的激光經過擴束鏡后，入射到旋轉特定角度的圓孔光闌上，調控后的不對稱光束通過軸棱錐折射，被聚焦透鏡聚焦后形成帶有缺口的局域空心光束，恢復旋轉的圓孔光闌，入射光束經過光學系統后會形成三維封閉的局域空心光束。本發明通過靈活的旋轉圓孔光闌，調控入射光束，形成的局域空心光束缺口可自由開閉，為光鑷系統的微粒捕獲提出了新的思路，解決了現有光鑷裝置的局限性，可實現系統操作簡單、可調諧、穩定的特性。

技術領域

本發明涉及應用光學技術領域，尤其涉及一種基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統。

背景技術

在空心光束中有一類特殊的種類引起廣泛關注，在傳播方向上存在著光強極小甚至為零的三維封閉區域，像一個特殊的密閉容器，稱之為局域空心光束。局域空心光束具備很多新穎且獨特的特性，如桶狀光強分布、自旋角動量和軌道角動量、暗斑尺寸小和無加熱效應等。這些特性使得空心光束在激光囚禁與冷卻、光學鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、光學測量、計算全息等方面有其獨特應用。其中以激光微束光阱效應為基礎的光鑷技術是生命科學和生物工程研究的有力工具。由于局域空心光束具有三維封閉的暗中空區域和極高的強度梯度，從而根據局域空心光束的這種獨特的光強分布使其在粒子操作與囚禁等領域有著非常重要的應用價值。

基于光鑷技術的局域空心光束在捕獲微粒時，一旦三維封閉的局域空心光阱形成，實際上會阻擋微粒進入，對于粒子的無損捕獲會變得困難。當局域空心光束出現一個缺口時，會完美解決這一問題。在粒子捕獲時，局域空心光束打開缺口，使粒子進入光阱；完全進入后，局域空心光束閉合缺口，使粒子囚禁在光阱中心，有目的的對局域空心光束進行打開和關閉，對光鑷系統捕獲微粒具有重要的意義。近年來帶有缺口的局域空心光束的生成鮮有報道，主要集中在雙軸晶體的偏振調控和空間光調制器調控的方法，但是這些方法存在著靈活性不高、結構復雜、造價昂貴的問題。

發明內容

為解決上述背景技術中存在的問題，本發明提出一種基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統，該系統具有結構簡單、靈活性高、成本較低的優點。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統，其特殊之處在于：

包括沿光線傳播方向依次設置的激光源、擴束鏡、圓孔光闌、軸棱錐、聚焦透鏡；其中，所述圓孔光闌可旋轉；

所述激光源發出的激光經過擴束鏡后，入射到旋轉的圓孔光闌上，調控后的光束通過軸棱錐折射，被聚焦透鏡聚焦后形成帶有缺口的局域空心光束。

進一步地，上述圓孔光闌的長寬厚為20mm×20mm×0.01mm，其中圓孔光闌的中心圓孔半徑為3mm，旋轉的角度范圍為0°～360°。

進一步地，上述軸棱錐的底角為5°，材料為紫外熔融石英，折射率為1.47，直徑為25.4mm，中心厚度為6.1mm。

進一步地，聚焦透鏡為雙凸透鏡，材料為紫外熔融石英，焦距為10mm，曲率半徑為8.8mm，中心厚度為2.2mm，邊緣厚度為1.5mm，放置在軸棱錐后面類馬丟光束區域內。

進一步地，上述擴束鏡的放大倍率為5X-10X。

進一步地，上述激光源為氦氖激光器，波長為632.8nm，最小輸出功率為5mW，光斑半徑為0.4mm，型號為LASOS-LGK7628。

本發明的優點：

1)本發明提出一種基于光鑷技術的局域空心光束自由開閉系統，該系統具有結構簡單、靈活性高、成本較低的優點，為光鑷系統的微粒捕獲提出了新的思路，解決了現有光鑷裝置的局限性；