一种产生单个局域空心光束的led透镜的制作方法
【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LED透镜，其具有类椭球体状的透镜本体，此透镜本体沿其长轴方向的一头呈平切状，形成一垂直于透镜本体的长轴的圆形横切面，此圆形横切面的中部具有作为入射面的内凹球面，LED光源对应于此内凹球面的球心位置，此透镜本体的外轮廓曲面即为出射面。出射面分为中间部分和外围部分，中间部分和外围部分将产生两束不同锥角的锥面波，两束锥面波分别相干叠加，形成两束近似贝塞尔光，在两束近似贝塞尔光之间便会出现即Bottle?beam。与其它产生Bottle?beam的方法相比，本实用新型通过单一元件即可获得单个Bottle?beam，元件加工相对容易，转换效率高，结构简单，成本低。
【专利说明】—种产生单个局域空心光束的LED透镜
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种以发光二极管(LED)作为光源可产生单个局域空心光束(Bottle beam)的LED透镜，可用于产生空心光束，作为光镊捕获和操控微粒，在粒子囚禁、原子冷却等方面有极高的应用价值，亦可用于科学研究等方面。
【背景技术】
[0002]局域空心光束(Bottle beam)是一束沿着光传播方向上有强度为零的三维密闭区域的光束，周围围绕着高强度的光。Bottle beam可作为光镊和光学扳手等有力工具，还可用于囚禁微观粒子、中性原子、分子和生物细胞等，在生命科学与纳米科技领域中有着重要的应用。
[0003]传统产生Bottle beam都是采用相干性极高的激光作为光源。然而非相干光源产生的Bottle beam具有波前相位不易发生畸变、光强分布比较均匀等优点，对于粒子囚禁、原子冷却等有极高的应用价值。
实用新型内容
[0004]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LED透镜，其采用非相干光源LED来产生Bottle beam,通过单一元件便可直接获得单个Bottle beam,具有转换效率高，成本低，结构简单，元件加工相对容易、成本低的优点。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，具有类椭球体状的透镜本体，其长轴与短轴的长度比为10-11:2-3，此透镜本体沿其长轴方向的一头呈平切状，形成一垂直于透镜本体的长轴的圆形横切面,此圆形横切面的中部具有作为入射面的内凹球面,此内凹球面的球心位置与此圆形横切面的圆心位置重叠在一起，LED光源对应放置于此内凹球面的球心位置，此透镜本体的外轮廓曲面即为出射面。
[0007]所述出射面分为两部分，即靠近所述透镜本体的长轴的对入射光线的偏折角较大的中间部分和环绕包围此中间部分的对入射光线的偏折角较小的外围部分。
[0008]以所述中间部分的任一点与所述球心位置的连线为入射线，此入射线与所述透镜本体的长轴的夹角=45°。
[0009]上述透镜本体为PMMA透镜。
[0010]采用上述方案后，本实用新型可产生单个局域空心光束的LED透镜，透镜的入射面为球面，LED光源放置在此球面的球心处，光线经过此球面后传播方向不变，光线经过出射面后按对光线偏折能力的不同可以将出射面分为两部分，即靠近透镜本体长轴的中间部分和环绕包围中间部分的外围部分，光线经过中间部分后，偏折角较大，照射到目标平面上坐标的绝对值较大；光线经过外围部分后，偏折角较小，照射到目标平面上坐标的绝对值较小。中间部分和外围部分将产生两束不同锥角的锥面波，两束锥面波分别相干叠加，形成两束近似贝塞尔光，在两束近似贝塞尔光之间出现了一个没有光通过的区域，即Bottlebeam。调节光束照射在目标平面上的坐标值即可调节Bottle beam的尺寸。
[0011]本实用新型的优点在于通过单一元件可直接获得单个Bottle beam,转换效率高，成本低，结构简单，元件加工相对容易，并且LED作为一种新型非相干光源具有体积小、耗电量低、寿命长、高亮度低热量、坚固耐用，使产生Bottle beam的成本大大降低。本实用新型为获取Bottle beam提供了一种简洁实用的新方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型中透镜的出射面求解原理图。
[0013]图2为本实用新型中透镜产生Bottle beam的光路示意图。
[0014]图3为本实用新型中透镜的母线图。
[0015]图4为本实用新型中透镜的立体图。
[0016]图5为本实用新型中透镜另一角度的立体图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实例对本实用新型新型LED透镜的结构和原理作近一步详细的说明。
[0018]本实用新型的一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，如图3-5所示，具有类椭球体状的PMMA材料制成的透镜本体100，透镜本体100的长轴与短轴的长度比为10-11:2-3，此透镜本体100沿其长轴方向的一头呈平切状，形成一垂直于椭球体的长轴的圆形横切面11，此圆形横切面11的中部具有作为入射面的内凹球面111，此内凹球面111的球心位置与此圆形横切面11的圆心位置重叠在一起，LED光源对应放置于此内凹球面111的球心位置，此透镜本体100的外轮廓曲面12即为出射面。此出射面分为两部分，即靠近透镜本体100的长轴13的对入射光线的偏折角较大的中间部分和环绕包围此中间部分的对入射光线的偏折角较小的外围部分。以此中间部分的任一点与所述球心位置的连线为入射线，此入射线与透镜本体的长轴13的夹角=45°。
[0019]如图1所示，以光源所在位置为原点建立直角坐标系，以LED光源的晶元所在平面为XY平面(其中Y轴垂直于XZ所在平面，即垂直于纸面，因此，图中Y轴没有标出)，垂直晶元平面方向为Z轴.以XZ所在平面为例，h为目标平面与光源的距离.入射光线与透镜出射面的交点为A，坐标为(x，z)，出射光线与目标平面的交点为B，坐标为(r，h)，则可以得到:
[0020]入射光线的单位矢量
【权利要求】
1.一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，其特征在于:具有类椭球体状的透镜本体，其长轴与短轴的长度比为10-11:2-3，此透镜本体沿其长轴方向的一头呈平切状，形成一垂直于透镜本体的长轴的圆形横切面，此圆形横切面的中部具有作为入射面的内凹球面，此内凹球面的球心位置与此圆形横切面的圆心位置重叠在一起，LED光源对应放置于此内凹球面的球心位置，此透镜本体的外轮廓曲面即为出射面。
2.根据权利要求1所述的一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，其特征在于:所述出射面分为两部分，即靠近所述透镜本体的长轴的对入射光线的偏折角较大的中间部分和环绕包围此中间部分的对入射光线的偏折角较小的外围部分。
3.根据权利要求2所述的一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，其特征在于:以所述中间部分的任一点与所述球心位置的连线为入射线，此入射线与所述透镜本体的长轴的夹角兰45°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种可产生单个局域空心光束的LED透镜，其特征在于:上述透镜本体为PMMA透镜。
【文档编号】G02B3/00GK203773077SQ201420127729
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】吴逢铁, 何西, 杜团结 申请人:华侨大学