专利名称:可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学领域,具体是一种可产生单个局域空心光束(Bottle beam) 的新型轴棱锥。
背景技术：
局域空心光束是一种沿光传播方向上有着强度为零的三维封闭区域，并且周围围绕着高强度的光，形成极高的强度梯度。对于处在暗域的微粒存在因光压而产生的束缚力， 可作为激光导管、光镊和光学扳手等工具。因此，一直是研究的一个热点。
目前,产生局域空心光束的方法有多种。例如轴棱轴棱锥系统产生Bessel光后, 通过透镜聚焦可以形成单个局域空心光束，两束同频率且具有不同径向波矢分量的Bessel 光相干可形成周期性的局域空心光束，梯度轴棱锥、阶变折射率轴棱锥等一系列产生局域空心光束的新型光学元件也一一被人们发明，实现了单一元件即可产生单个或多个周期性的局域空心光束。但这些元件的不足之处在于元件制造出来之后其参量是单一固定的，由此它们产生的局域空心光束尺寸也就固定了，而囚禁不同的微观粒子通常需要不同尺寸的局域空心光束，这就给实际操作中轴棱锥的使用带来了不便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其使用时可根据需要得到不同尺寸的局域空心光束。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案
可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，包括分别由折射率相同的光学玻璃制成的轴棱锥部分和圆柱体部分；上述轴棱锥部分的底部设有轴棱锥状凹孔，此轴棱锥状凹孔的底部与上述轴棱锥部分的底部相齐平，此轴棱锥状凹孔的顶角指向上述轴棱锥部分的顶角，且此轴棱锥状凹孔的底部半径小于上述轴棱锥部分的底部半径，此轴棱锥状凹孔的顶角与上述轴棱锥部分的顶角相同；上述圆柱体部分的一端底面粘合于上述轴棱锥部分的底部，且上述圆柱体部分的此端底面对应设有半径与上述轴棱锥状凹孔的底面半径相同的圆柱状凹孔，上述轴棱锥状凹孔与上述圆柱状凹孔构成一容纳液体的腔体，上述轴棱锥部分上或上述圆柱体部分上或上述轴棱锥部分与上述圆柱体部分的粘合处开设有通向此腔体的注液孔,此腔体内填充有通过此注液孔注入的具有特定折射率的液体,且此液体的折射率大于上述轴棱锥部分的材料的折射率。
采用上述方案后，按对光线偏折能力的不同可以将本实用新型的轴棱锥分为两部分，即上述腔体所对应的中间部分和环绕包围上述腔体的外围环形部分。由于外围环形部分相对于中心部分对光线偏折能力较弱，平面波垂直入射到本实用新型的轴棱锥时，中间部分和外围环形部分将产生两束不同会聚角的锥面波，且外围环形部分产生的锥面波会聚角较小，所以两束锥面波在轴上会形成一个没有光通过的区域即形成局域空心光束。更换不同折射率的液体可以按实际要求得到不同尺寸的局域空心光束。[0008]本实用新型的可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其优点在于通过单一元件即可获得单个局域空心光束，具有传统轴棱锥元件结构简单、转换效率高、光损伤阈值高的优点，并且还能够根据实际要求更换不同折射率的液体来得到不同尺寸的局域空心光束， 以满足实际操作中囚禁不同大小粒子的要求。大大提高的轴棱锥的利用率，也增强了局域空心光束的实用性，在某种层面上也降低了轴棱锥的成本。对于微粒操控具有特殊意义。
[0009]图I为本实用新型的轴棱锥的结构分解示意图；[0010]图2为本实用新型的轴棱锥的结构组合示意图；[0011]图3为本实用新型的轴棱锥产生单个局域空心光束的示意图；[0012]图4为本实用新型入射光经轴棱锥的折射光路图；[0013]图5为本实用新型的轴棱锥的一种实例光路模拟图；[0014]图6为本实用新型的轴棱锥的另一种实例光路模拟图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实例对本实用新型轴棱锥的结构和原理作进一步详细的说明。[0016]本实用新型的可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，如图1、2所示，包括分别
由折射率相同的常用光学玻璃制成的轴棱锥部分I和圆柱体部分2，轴棱锥部分I的底面半径与圆柱体部分2的底面半径相等，且，轴棱锥部分I的底部11中心位置设有轴棱锥状凹孔12，此轴棱锥状凹孔12的底部与轴棱锥部分I的底部相齐平，此轴棱锥状凹孔12的顶角指向轴棱锥部分I的顶角，且此轴棱锥状凹孔12的底部半径小于轴棱锥部分I的底部半径，此轴棱锥状凹孔12的顶角与轴棱锥部分I的顶角相同。
圆柱体部分2的一端底面21与轴棱锥部分I的底部11通过有机玻璃胶粘合在一起，由于底面半径相同，粘合后表面非常光滑犹如一个元件。圆柱体部分2的此端底面21 中心位置设有底面半径与轴棱锥状凹孔12的底面半径相同的圆柱状凹孔22，且轴棱锥状凹孔12的底部与圆柱状凹孔22相应端的底面相吻合拼接在一起，构成一可容纳液体的腔体3，轴棱锥部分I上或圆柱体部分2上或轴棱锥部分I与圆柱体部分2的粘合处开设有通向此腔体的注液孔4，本实施例中，注液孔4开设于圆柱体部分2上。此腔体3内填充有通过此注液孔4注入的具有特定折射率的液体，且此液体的折射率大于轴棱锥部分I的材料的折射率。注完液体后注液孔4可用凡士林密封，要更换液体时，只要将凡士林去掉即可。
由几何光学分析可知，当光束垂直入射到本实用新型的轴棱锥时，如图3所示，光束在半径R2CrSR1的区域(环绕包围腔体3的外围环形部分)相当于底角为Y的传统轴棱锥。光束半径0 < r < R2的区域(腔体3所对应的中间部分)垂直入射到腔体3内部液体中后还要经过两次折射(经液体折射到轴棱锥部分I中，再经轴棱锥部分I折射到空气中)，如图4所示。由于液体的折射率大于轴棱锥部分I的材料的折射率,所以有。 即0 < r < R2的区域比R2 < r < R1的区域对入射光线有更强的偏折能力，因此会产生单个的局域空心光束。并且^只与轴棱锥部分I的材料的折射率有关,而P可随液体折射率的变化而变化n2越大，^越大，局域空心光束尺寸越大；反之，n2越向Ii1逼近,局域空心光束尺寸越小。从而可以通过更换不同折射率的液体获得不同尺寸的局域空心光束。其中，R1为轴棱锥部分I的底面半径(也是圆柱体部分2的底面半径);R2为轴棱锥状凹孔12的底面半径(也是圆柱状凹孔22的底面半径)；ni为轴棱锥部分I和圆柱体部分2的材料的折射率；n2为腔体3中的液体的折射率；Y为轴棱锥部分I的底角；d为圆柱体部分2的高度#为R2 < I■彡R1区域折射出轴棱锥光线的偏角；@为0 < I■彡R2区域折射出轴棱锥光线的偏角。
如图5所示，作为一个实施例，图3中对应的参量我们选择了 Ii1 = I. 51872 (BK7玻璃)，n2 = I. 594(液体四氯化碳)，Y = 10° , R1 = 10mm, R2 = 5mm, d = 5mm,入射光波长入= 546. lnm。可见平面波通过液体轴棱锥时产生了单个局域空心光束，其空心长度为L =7. 046mm,最大空域半径为R = O. 3446mm。
图6为另一个实施例，为与图5的实施例进行对比，在其他参数选取都一致的条件下我们选择杜邦公司的高折射率液体IF132，其折射率为I. 644。此时的液体轴棱锥也产生了单个的局域空心光束，其空心长度为10. 901mm，最大空域半径为0. 5598mm。
通过以上两个实施例的对比可以看出调节液体轴棱锥中液体的折射率可以得到不同尺寸的局域空心光束。
本实用新型的可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其优点在于通过单一元件即可获得单个局域空心光束，具有传统轴棱锥元件结构简单、转换效率高、光损伤阈值高的优点，并且还能够根据实际要求更换不同折射率的液体来得到不同尺寸的局域空心光束， 以满足实际操作中囚禁不同大小粒子的要求。大大提高的轴棱锥的利用率，也增强了局域空心光束的实用性，在某种层面上也降低了轴棱锥的成本。对于微粒操控具有特殊意义。
权利要求
1.可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其特征在于包括分别由折射率相同的光学玻璃制成的轴棱锥部分和圆柱体部分；上述轴棱锥部分的底部设有轴棱锥状凹孔，此轴棱锥状凹孔的底部与上述轴棱锥部分的底部相齐平，此轴棱锥状凹孔的顶角指向上述轴棱锥部分的顶角，且此轴棱锥状凹孔的底部半径小于上述轴棱锥部分的底部半径，此轴棱锥状凹孔的顶角与上述轴棱锥部分的顶角相同；上述圆柱体部分的一端底面粘合于上述轴棱锥部分的底部，且上述圆柱体部分的此端底面对应设有半径与上述轴棱锥状凹孔的底面半径相同的圆柱状凹孔，上述轴棱锥状凹孔与上述圆柱状凹孔构成一容纳液体的腔体，上述轴棱锥部分上或上述圆柱体部分上或上述轴棱锥部分与上述圆柱体部分的粘合处开设有通向此腔体的注液孔，此腔体内填充有通过此注液孔注入的具有特定折射率的液体，且此液体的折射率大于上述轴棱锥部分的材料的折射率。
专利摘要
本实用新型公开了一种可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥，其是在传统轴棱锥底部去除一个同顶角而不同底面半径的小轴棱锥，再与一个在中心挖去一小圆柱的同底面半径圆柱胶合而成，从而在轴棱锥与圆柱之间形成可容纳液体的腔体。产生的单个局域空心光束的尺寸可以通过控制其中液体折射率的大小来调节。与其它产生局域空心光束的方法相比，通过单一元件即可产生单个局域空心光束。具有元件结构简单、转换效率高、光损伤阈值高、易于调节局域空心光束的尺寸的优点。为获取局域空心光束提供了一种简洁、有效的新途径。对于微粒操控具有特殊意义。
文档编号G21K1/06GKCN202306006SQ201120412813
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月26日
发明者吴逢铁, 张前安, 程治明, 郑维涛 申请人:华侨大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan