空心光束轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】空心光束轉(zhuǎn)換裝置,包括:接收來自光源的光束的聚焦透鏡;設(shè)置于所述聚焦透鏡后方的光纖耦合透鏡,所述光纖耦合透鏡的光軸與所述聚焦透鏡的光軸相交,從所述聚焦透鏡出射的光傾斜射入所述光纖耦合透鏡;設(shè)置于所述光纖耦合透鏡后的多模光纖,所述光纖耦合透鏡設(shè)置于所述多模光纖輸入端之前,所述多模光纖輸出端的后方設(shè)置有短焦整形透鏡,所述多模光纖的輸出端位于所述短焦整形透鏡的焦點(diǎn)處。本發(fā)明可以產(chǎn)生中心暗斑為全黑的空心光束,耦合效率高,得到的空心光束光斑質(zhì)量好,可應(yīng)用于原子導(dǎo)管、光鑷、光扳手等設(shè)備上,避免傳統(tǒng)實(shí)心光束對(duì)微小物體進(jìn)行移位或手術(shù)操作時(shí)灼傷細(xì)胞,從而提高細(xì)胞活性。
【專利說明】空心光束轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種將高斯光束轉(zhuǎn)換為空心光束的光束轉(zhuǎn)換
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【背景技術(shù)】
[0002]光是一種特殊的物質(zhì),攜帶有能量和動(dòng)量,光與物質(zhì)相互作用時(shí)彼此交換能量和動(dòng)量,產(chǎn)生各種效應(yīng)。光與物質(zhì)間交換動(dòng)量時(shí)可以使受光照射的物體受到一個(gè)力或力矩,即產(chǎn)生光的力學(xué)效應(yīng)。捕獲微小粒子的光鑷是利光的力學(xué)效應(yīng)的典型應(yīng)用。日常生活中,我們用來挾持物體的鑷子都是有形物體,通過鑷子施加一定的力鉗住物體;而光鑷是一個(gè)特別的光場(chǎng),這個(gè)光場(chǎng)與物體相互作用時(shí),物體受到光的作用從而達(dá)到被鉗的效果,然后可以通過移動(dòng)光束來實(shí)現(xiàn)遷移物體的目的。光鑷產(chǎn)生的激光聚集可形成光阱,微小物體受光壓而被束縛在光講處,移動(dòng)光束使微小物體隨光講移動(dòng),借此可在顯微鏡下對(duì)微小物體(如病毒、細(xì)菌以及細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器及細(xì)胞組分等)進(jìn)行移位或手術(shù)操作。
[0003]光鑷常用來對(duì)生物細(xì)胞進(jìn)行操縱,光鑷產(chǎn)生的用于移動(dòng)微小物體的光束多為實(shí)心光束,當(dāng)實(shí)心光束照射在微小物體表面時(shí),光束產(chǎn)生的熱量會(huì)使被照射到的物體表面溫度升高,容易灼傷生物細(xì)胞,降低其活性。為了避免這種現(xiàn)象,可將實(shí)心光束轉(zhuǎn)換為空心光束,使生物細(xì)胞位 于空心光束的中心暗斑處,其生物活性和本質(zhì)不受操縱光的影響。如今學(xué)者們進(jìn)行了很多將實(shí)心光束轉(zhuǎn)換為空心光束的研究。空心光束是垂直光束傳播方向上光束中心光強(qiáng)為零、周圍光強(qiáng)較強(qiáng)的環(huán)狀光束,此光束的光強(qiáng)分布可以對(duì)位于中心零光強(qiáng)處的微粒產(chǎn)生束縛力。產(chǎn)生空心光束的方法很多,如遽逝波法、計(jì)算全息圖法、角錐法、空心光纖法等。其中,遽逝波法局限于介質(zhì)表面,并且作用區(qū)域很小(ym量級(jí));計(jì)算全息法或者角錐法使用的光柵和角錐在制作工藝復(fù)雜,不易實(shí)現(xiàn),而且這兩種方法產(chǎn)生的空心光束中心暗斑不完全為黑;用空心光纖產(chǎn)生空心光束的方法耦合效率較低,僅為50%。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)以上不足,本發(fā)明的目的是提供一種空心光束轉(zhuǎn)換裝置,可應(yīng)用于原子導(dǎo)管、光鑷、光扳手等設(shè)備。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0006]空心光束轉(zhuǎn)換裝置,包括:接收來自光源的光束的聚焦透鏡;設(shè)置于所述聚焦透鏡后方的光纖耦合透鏡,所述光纖耦合透鏡的光軸與所述聚焦透鏡的光軸相交,從所述聚焦透鏡出射的光傾斜射入所述光纖耦合透鏡;設(shè)置于所述光纖耦合透鏡后的多模光纖,所述光纖耦合透鏡設(shè)置于所述多模光纖輸入端之前,所述多模光纖輸出端的后方設(shè)置有短焦整形透鏡,所述多模光纖的輸出端位于所述短焦整形透鏡的焦點(diǎn)處。
[0007]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述聚焦透鏡的光軸與光纖耦合透鏡的光軸之間的夾角為0.6°~1.4°。
[0008]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述短焦整形透鏡包括依次設(shè)置第一短焦透鏡和第二短焦透鏡,所述第一短焦透鏡的光軸和所述第二短焦透鏡的光軸重合,所述多模光纖的輸出端位于所述第一短焦透鏡的焦點(diǎn)處。
[0009]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述第一短焦透鏡的焦距和所述第二短焦透鏡的焦距不同。
[0010]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述第一短焦透鏡的焦距為4.5mm,所述第二短焦透鏡的焦距為30mm。
[0011]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述第一短焦透鏡與所述第一短焦透鏡之間的距離為 60mm。
[0012]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述光纖耦合透鏡的焦距為4.5mm,
[0013]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述聚焦透鏡的焦距為60mm。
[0014]本發(fā)明更具體的技術(shù)方案為,所述第一短焦透鏡與所述多模光纖的輸出端之間的距離為4.5mm。
[0015]由以上可知,本發(fā)明通過設(shè)置光軸相交的聚焦透鏡和光線耦合透鏡,使(激)光束傾斜入射至多模光纖中,采用多模光纖對(duì)實(shí)心光束進(jìn)行空心光束的轉(zhuǎn)換,可以產(chǎn)生中心暗斑為全黑的空心光束,耦合效率很高,可以達(dá)到80%,從多模光纖出射的光束經(jīng)短焦透鏡整形輸出后,得到的空心光束光斑質(zhì)量好,可應(yīng)用于原子導(dǎo)管、光鑷、光扳手等設(shè)備上,避免傳統(tǒng)實(shí)心光束對(duì)微小物體進(jìn)行移位或手術(shù)操作時(shí)灼傷細(xì)胞,從而提高細(xì)胞活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中需要使用的附圖做簡單介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述,在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí),為便于說明,表示器件結(jié)構(gòu)的附圖會(huì)不依一般比例做局部放大,而且所述示意圖只是示例,其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例,僅用以方便、清晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0019]如圖1所示,本發(fā)明的空心光束轉(zhuǎn)換裝置包括聚焦透鏡1、光纖耦合透鏡2、多模光纖3、第一短焦透鏡4和第二短焦透鏡5,第一短焦透鏡4和第二短焦透鏡5構(gòu)成用于輸出整形的短焦整形透鏡組,多模光纖3采用市場(chǎng)銷售的商用多模光纖。為了便于描述,將光源的發(fā)射端定義為前端,聚焦透鏡I設(shè)置于光纖耦合透鏡2之前,光纖耦合透鏡2設(shè)置于多模光纖3輸入端的前方,短焦整形透鏡設(shè)置于多模光纖3的輸出端,多模光纖3的輸出端位于短焦整形透鏡的焦點(diǎn)處。本實(shí)施例的第一短焦透鏡4設(shè)置于多模光纖3輸出端的后方,第二短焦透鏡5設(shè)置于第一短焦透鏡4的后方,第一短焦透鏡4的光軸和第二短焦透鏡5的光軸重合。
[0020]本發(fā)明的聚焦透鏡I的光軸與光纖耦合透鏡2的光軸相交,使從聚焦透鏡I出射的光傾斜入射至光纖I禹合透鏡2,從而可以通過多模光纖3形成空心光束。作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案,聚焦透鏡I的焦距為60mm,光纖耦合透鏡2的焦距為4.5mm,第一短焦透鏡4的焦距為4.5mm,第二短焦透鏡5的焦距為30mm。第一短焦透鏡4與I米左右的多模光纖3的輸出端之間的距離為4.5mm,第二短焦透鏡5與第一短焦透鏡4之間的距離為60mm。
[0021]使用時(shí),高斯激光束由聚焦透鏡I聚焦后,以微小角度傾斜入射到光纖耦合透鏡2上,進(jìn)入到多模光纖3內(nèi),光束經(jīng)多模光纖3傳播后從多模光纖3輸出端出射,形成空心光束,出射的光束經(jīng)過第一短焦透鏡4和第二短焦透鏡5整形形成平行光束,最后輸出中心為全黑的空心光束。
[0022]下表為前述實(shí)施例的聚焦透鏡I的光軸與光纖耦合透鏡2的光軸之間的夾角α變化時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)得的耦合效率列表,從下表可知,當(dāng)聚焦透鏡I的光軸與光纖耦合透鏡2的光軸之間的夾角在0.6~1.4°之間時(shí),耦合效率在50%以上,耦合效率較高。下表中0°入射時(shí)輸出的為實(shí)心光束。
[0023]
【權(quán)利要求】
1.空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于,包括: 接收來自光源的光束的聚焦透鏡; 設(shè)置于所述聚焦透鏡后方的光纖耦合透鏡,所述光纖耦合透鏡的光軸與所述聚焦透鏡的光軸相交,從所述聚焦透鏡出射的光傾斜射入所述光纖耦合透鏡; 設(shè)置于所述光纖耦合透鏡后的多模光纖,所述光纖耦合透鏡設(shè)置于所述多模光纖輸入端之前,所述多模光纖輸出端的后方設(shè)置有短焦整形透鏡,所述多模光纖的輸出端位于所述短焦整形透鏡的焦點(diǎn)處。
2.如權(quán)利要求1所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述聚焦透鏡的光軸與光纖耦合透鏡的光軸之間的夾角為0.6°~1.4°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述短焦整形透鏡包括依次設(shè)置第一短焦透鏡和第二短焦透鏡,所述第一短焦透鏡的光軸和所述第二短焦透鏡的光軸重合,所述多模光纖的輸出端位于所述第一短焦透鏡的焦點(diǎn)處。
4.如權(quán)利要求3所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述第一短焦透鏡的焦距和所述第二短焦透鏡的焦距不同。
5.如權(quán)利要求3所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述第一短焦透鏡的焦距為4.5mm,所述第二短焦透鏡的焦距為30mm。
6.如權(quán)利要求5所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述第一短焦透鏡與所述第一短焦透鏡之間的距離為60mm。
7.如權(quán)利要求1或3或5或6所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述光纖耦合透鏡的焦距為4.5mm。
8.如權(quán)利要求1或5或6所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述聚焦透鏡的焦距為6Ctam。
9.如權(quán)利要求1或5或6所述的空心光束轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于:所述第一短焦透鏡與所述多模光纖的輸出端之間的距離為4.5mm。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK104020567SQ201410200196
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】馬紅玉, 趙文娟, 徐強(qiáng), 韓一平, 李平舟 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)