专利名称：用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统设计，具体是一种用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统。
背景技术：
Bessel光束是一种无衍射光束,最大的 特性是在自由空间传播时，中心光斑大小不会随着传播距离而改变，并且中心光强极高、遇到障碍物能够重建，这些特性使得Bessel光束被应用在广泛领域，如粒子囚禁、粒子的光学引导、统计物理和原子光学以及最近提出的光学拉力等。Bessel光束是这几十年来研究的一个热点。到目前为止人们对Bessel光束所做的研究几乎都是在采用相干光源(激光)的基础上展开的，近年来也仅有几位国外学者开始用卤灯、超辐射发光二极管等非相干光源来产生近似无衍射Bessel光束并取得一定成果，所得的近似无衍射Bessel光束同样可以用于粒子囚禁和光学引导。宽频带近似无衍射Bessel光在光学相干断层扫描成像(OCT)中能够提高图像的分辨率，用部分干光产生近似无衍射Bessel光束具有现实意义。LED作为一种新型固态光源，具有节能、环保、寿命长、可靠耐用、响应时间快和高显色性等诸多优点，并且LED造价低廉，极易获得，有着独特的市场优势。凭借着迅猛的发展势头，如果能够用LED产生近似无衍射Bessel光束，将可能把近似无衍射Bessel光束的研究与使用推向另一个高潮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用非相干的LED光源产生近似无衍射Bessel光束的光学系统。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，包括光学平台、光具座、LED灯珠、LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短聚焦透镜、长聚焦透镜和轴棱锥；其中，LED聚光透镜通过光具座支设于光学平台的一端，以光学平台设置LED聚光透镜的一端为后，另一端为前，LED聚光透镜罩设于LED灯珠外用以将LED灯珠发出的光汇聚后投向前方，聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜和轴棱锥分别通过光具座依次支设于LED聚光透镜的前方；聚光筒为维形聚光筒，LED聚光透镜的开口套接于此维形聚光筒的大内，此维形聚光筒的小端具有用以将光线出射至前方的小孔；LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜和轴棱锥的中心都在光轴
上；聚光筒与光阑的间距D要满足/.) 的条件，其中b为聚光筒的小端的小孔的内径，d
为光阑的直径，λ为入射光的波长；光阑与短焦距透镜的间距小于10cm;短焦距透镜与长焦距透镜的间距为两者焦距之和；轴棱锥与长焦距透镜的间距小于10cm。
所述LED灯珠胶合于LED聚光透镜的内侧面上。所述聚光筒用于与LED聚光透镜相套接的大端的内径略大于或等于所述LED聚光透镜的开口直径；所述小孔的直径约为2mm。所述光阑为直径可调的圆孔光阑，用以提高LED光场的相干性。所述短焦距透镜和长焦距透镜用以构成望远镜系统，对通过所述光阑后的LED光进行准直扩束。所述LED灯珠采用频谱宽度 小于80nm的LED灯珠。所述LED灯珠为绿光LED灯珠。采用上述方案后，点亮LED灯珠，调光，准直，LED灯珠发出的光经LED聚光透镜汇聚后进入聚光筒，光线在聚光筒内经过多次反射并汇聚达到强度分布较均匀的状态，之后从聚光筒的小孔出射，透过光阑的圆孔后的光场空间相干性得到了提高，再通过由短焦距透镜和长焦距透镜构成的准直扩束系统后接近平行光，最后入射轴棱锥并在轴棱锥后形成近似无衍射Bessel光束。本发明采用的LED灯珠、LED聚光透镜等元件造价极低，为用非相干光源产生近似无衍射Bessel光束提供了一种简便快捷的方法。对利用非相干光源产生的近似无衍射Bessel光束进行粒子俘获、囚禁及光学相干断层扫描成像的研究具有现实的指导意义。
图I为本发明的结构示意图；图2为本发明的光路示意图。
具体实施例方式本发明用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，如图I所示，包括光学平台I、光具座2、绿光LED灯珠3、LED聚光透镜4、聚光筒5、光阑6、短焦距透镜7、长焦距透镜8和轴棱锥9。其中，LED灯珠可选用频谱宽度小于80nm的LED灯珠，本实施例选用绿光LED灯珠，频谱宽度为36nm。其中，LED聚光透镜4通过光具座2支设于光学平台I的一端，以光学平台I设置LED聚光透镜4的一端为后，另一端为前，绿光LED灯珠3胶合于LED聚光透镜4的内侧面上(朝向前方的这一面)大致中心的位置，通过LED聚光透镜4将绿光LED灯珠3发出的光汇聚后投向前方，聚光筒5、光阑6、短焦距透镜7、长焦距透镜8和轴棱锥9分别通过光具座2依次支设于LED聚光透镜4的前方,且LED聚光透镜4、聚光筒5、光阑6、短焦距透镜7、长焦距透镜8和轴棱锥9的中心都在光轴上。聚光筒5为一端直径大、另一端直径小的锥形聚光筒，此锥形聚光筒大端的内径比LED聚光透镜4的开口直径(LED聚光透镜4的开口直径即LED聚光透镜4朝向前方的这一端的直径)略大，或锥形聚光筒大端的内径与LED聚光透镜4的开口直径相等，LED聚光透镜4的开口(即，LED聚光透镜4朝向前方的这一端)套接于锥形聚光筒的大端内；锥形聚光筒5的小端(靠近光阑6的一端)形成用以将光线出射至前方的小孔，此小孔的直径(即小端的内径)约为2mm;光阑6为直径可调的圆孔光阑，用以提高LED光场的相干性，为达到相干性要求，/ifj
光阑6与聚光筒5的间距D要求满足/) > 二的条件，其中b为聚光筒5的小端的小孔的内
Λ
径，d为光阑的直径，λ为入射光的波长；为减小光阑后的光能损耗，光阑与短焦距透镜的间距要求小于10cm，本实施例中，光阑6与短焦距透镜7的间距可选择6cm ；短焦距透镜7和长焦距透镜8用以构 成望远镜系统，对通过光阑6后的LED光进行准直扩束，短焦距透镜7与长焦距透镜8的间距为短焦距透镜7和长焦距透镜8的焦距之和；轴棱锥9与长焦距透镜8的间距要求小于10cm，本实施例中，此间距可选择6cm。工作时，如图2所示，绿光LED灯珠3发出的光经LED聚光透镜4汇聚后进入聚光筒5，光线在聚光筒5内经过多次反射并汇聚达到强度分布较均匀的状态，之后从聚光筒5的小孔出射，透过光阑6的圆孔后的光场空间相干性得到了提高，再通过由短焦距透镜7和长焦距透镜8构成的准直扩束系统后接近平行光，最后入射轴棱锥9并在轴棱锥9后形成近似无衍射Bessel光束(图2的阴影部分)。工作前需将LED灯珠3与LED聚光透镜4胶合，并确保能正常工作。工作时点亮LED灯珠3，待稳定后按图I的结构在光学平台I上调整好各元件。调整时先将光阑6的孔径放到最大，此时透过光阑的光强大，便于装置的调节，让光轴垂直通过光阑6，透镜7、8等元件的中心。调节好元件后需将光阑6直径调至O. 1_，这样可提高光场的相干性，如此在轴棱锥9后一段距离内便可观察到较清晰的近似无衍射Bessel光束。
权利要求
1.用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于包括光学平台、光具座、LED灯珠、LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短聚焦透镜、长聚焦透镜和轴棱锥； 其中，LED聚光透镜通过光具座支设于光学平台的一端，以光学平台设置LED聚光透镜的一端为后，另一端为前，LED聚光透镜罩设于LED灯珠外用以将LED灯珠发出的光汇聚后投向前方，聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜和轴棱锥分别通过光具座依次支设于LED聚光透镜的前方； 聚光筒为锥形聚光筒，LED聚光透镜的开口套接于此锥形聚光筒的大端内，此锥形聚光筒的小端具有用以将光线出射至前方的小孔； LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜和轴棱锥的中心都在光轴上；聚光筒与光阑的间距D要满足/) 的条件，其中b为聚光筒的小端的小孔的内径，d为光阑的直径，λ为入射光的波长；光阑与短焦距透镜的间距小于IOcm;短焦距透镜与长焦距透镜的间距为两者焦距之和；轴棱锥与长焦距透镜的间距小于10cm。
2.根据权利要求I所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述LED灯珠胶合于LED聚光透镜的内侧面上。
3.根据权利要求I所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述聚光筒用于与LED聚光透镜相套接的大端的内径略大于或等于所述LED聚光透镜的开口直径；所述小孔的直径约为2mm。
4.根据权利要求I所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述光阑为直径可调的圆孔光阑。
5.根据权利要求I所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述短焦距透镜和长焦距透镜用以构成望远镜系统，对通过所述光阑后的LED光进行准直扩束。
6.根据权利要求I所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述LED灯珠采用频谱宽度小于80nm的LED灯珠。
7.根据权利要求6所述的用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，其特征在于所述LED灯珠为绿光LED灯珠。
全文摘要
本发明公开了一种用LED产生近似无衍射Bessel光束的光学系统，包括依次设置的LED灯珠、LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜和轴棱锥。其中短焦距透镜和长焦距透镜间距为两者焦距之和，LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜、轴棱锥的中心都在光轴上。本发明为用非相干光源产生近似无衍射Bessel光束提供了一种简便快捷的方法，对利用非相干光源产生的近似无衍射Bessel光束进行粒子俘获、囚禁及光学相干断层扫描成像的研究具有现实的指导意义。
文档编号G02B27/09GK102819111SQ20121027638
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者程治明, 吴逢铁, 方翔, 范丹丹 申请人:华侨大学