專利名稱：用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體是一種用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
Bessel光束是一種無衍射光束,最大的 特性是在自由空間傳播時(shí)，中心光斑大小不會(huì)隨著傳播距離而改變，并且中心光強(qiáng)極高、遇到障礙物能夠重建，這些特性使得Bessel光束被應(yīng)用在廣泛領(lǐng)域，如粒子囚禁、粒子的光學(xué)引導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)物理和原子光學(xué)以及最近提出的光學(xué)拉力等。Bessel光束是這幾十年來研究的一個(gè)熱點(diǎn)。到目前為止人們對(duì)Bessel光束所做的研究幾乎都是在采用相干光源(激光)的基礎(chǔ)上展開的，近年來也僅有幾位國(guó)外學(xué)者開始用鹵燈、超輻射發(fā)光二極管等非相干光源來產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束并取得一定成果，所得的近似無衍射Bessel光束同樣可以用于粒子囚禁和光學(xué)引導(dǎo)。寬頻帶近似無衍射Bessel光在光學(xué)相干斷層掃描成像(OCT)中能夠提高圖像的分辨率，用部分干光產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束具有現(xiàn)實(shí)意義。LED作為一種新型固態(tài)光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、可靠耐用、響應(yīng)時(shí)間快和高顯色性等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且LED造價(jià)低廉，極易獲得，有著獨(dú)特的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。憑借著迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，如果能夠用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束，將可能把近似無衍射Bessel光束的研究與使用推向另一個(gè)高潮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用非相干的LED光源產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、光具座、LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短聚焦透鏡、長(zhǎng)聚焦透鏡和軸棱錐；其中，LED聚光透鏡通過光具座支設(shè)于光學(xué)平臺(tái)的一端，以光學(xué)平臺(tái)設(shè)置LED聚光透鏡的一端為后，另一端為前，LED聚光透鏡罩設(shè)于LED燈珠外用以將LED燈珠發(fā)出的光匯聚后投向前方，聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡和軸棱錐分別通過光具座依次支設(shè)于LED聚光透鏡的前方；聚光筒為維形聚光筒，LED聚光透鏡的開口套接于此維形聚光筒的大內(nèi)，此維形聚光筒的小端具有用以將光線出射至前方的小孔；LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡和軸棱錐的中心都在光軸
上；聚光筒與光闌的間距D要滿足/.) 的條件，其中b為聚光筒的小端的小孔的內(nèi)徑，d
為光闌的直徑，λ為入射光的波長(zhǎng)；光闌與短焦距透鏡的間距小于10cm;短焦距透鏡與長(zhǎng)焦距透鏡的間距為兩者焦距之和；軸棱錐與長(zhǎng)焦距透鏡的間距小于10cm。
所述LED燈珠膠合于LED聚光透鏡的內(nèi)側(cè)面上。所述聚光筒用于與LED聚光透鏡相套接的大端的內(nèi)徑略大于或等于所述LED聚光透鏡的開口直徑；所述小孔的直徑約為2mm。所述光闌為直徑可調(diào)的圓孔光闌，用以提高LED光場(chǎng)的相干性。所述短焦距透鏡和長(zhǎng)焦距透鏡用以構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，對(duì)通過所述光闌后的LED光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束。所述LED燈珠采用頻譜寬度 小于80nm的LED燈珠。所述LED燈珠為綠光LED燈珠。采用上述方案后，點(diǎn)亮LED燈珠，調(diào)光，準(zhǔn)直，LED燈珠發(fā)出的光經(jīng)LED聚光透鏡匯聚后進(jìn)入聚光筒，光線在聚光筒內(nèi)經(jīng)過多次反射并匯聚達(dá)到強(qiáng)度分布較均勻的狀態(tài)，之后從聚光筒的小孔出射，透過光闌的圓孔后的光場(chǎng)空間相干性得到了提高，再通過由短焦距透鏡和長(zhǎng)焦距透鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后接近平行光，最后入射軸棱錐并在軸棱錐后形成近似無衍射Bessel光束。本發(fā)明采用的LED燈珠、LED聚光透鏡等元件造價(jià)極低，為用非相干光源產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束提供了一種簡(jiǎn)便快捷的方法。對(duì)利用非相干光源產(chǎn)生的近似無衍射Bessel光束進(jìn)行粒子俘獲、囚禁及光學(xué)相干斷層掃描成像的研究具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的光路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，如圖I所示，包括光學(xué)平臺(tái)I、光具座2、綠光LED燈珠3、LED聚光透鏡4、聚光筒5、光闌6、短焦距透鏡7、長(zhǎng)焦距透鏡8和軸棱錐9。其中，LED燈珠可選用頻譜寬度小于80nm的LED燈珠，本實(shí)施例選用綠光LED燈珠，頻譜寬度為36nm。其中，LED聚光透鏡4通過光具座2支設(shè)于光學(xué)平臺(tái)I的一端，以光學(xué)平臺(tái)I設(shè)置LED聚光透鏡4的一端為后，另一端為前，綠光LED燈珠3膠合于LED聚光透鏡4的內(nèi)側(cè)面上(朝向前方的這一面)大致中心的位置，通過LED聚光透鏡4將綠光LED燈珠3發(fā)出的光匯聚后投向前方，聚光筒5、光闌6、短焦距透鏡7、長(zhǎng)焦距透鏡8和軸棱錐9分別通過光具座2依次支設(shè)于LED聚光透鏡4的前方,且LED聚光透鏡4、聚光筒5、光闌6、短焦距透鏡7、長(zhǎng)焦距透鏡8和軸棱錐9的中心都在光軸上。聚光筒5為一端直徑大、另一端直徑小的錐形聚光筒，此錐形聚光筒大端的內(nèi)徑比LED聚光透鏡4的開口直徑(LED聚光透鏡4的開口直徑即LED聚光透鏡4朝向前方的這一端的直徑)略大，或錐形聚光筒大端的內(nèi)徑與LED聚光透鏡4的開口直徑相等，LED聚光透鏡4的開口(即，LED聚光透鏡4朝向前方的這一端)套接于錐形聚光筒的大端內(nèi)；錐形聚光筒5的小端(靠近光闌6的一端)形成用以將光線出射至前方的小孔，此小孔的直徑(即小端的內(nèi)徑)約為2mm;光闌6為直徑可調(diào)的圓孔光闌，用以提高LED光場(chǎng)的相干性，為達(dá)到相干性要求，/ifj
光闌6與聚光筒5的間距D要求滿足/) > 二的條件，其中b為聚光筒5的小端的小孔的內(nèi)
Λ
徑，d為光闌的直徑，λ為入射光的波長(zhǎng)；為減小光闌后的光能損耗，光闌與短焦距透鏡的間距要求小于10cm，本實(shí)施例中，光闌6與短焦距透鏡7的間距可選擇6cm ；短焦距透鏡7和長(zhǎng)焦距透鏡8用以構(gòu) 成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，對(duì)通過光闌6后的LED光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，短焦距透鏡7與長(zhǎng)焦距透鏡8的間距為短焦距透鏡7和長(zhǎng)焦距透鏡8的焦距之和；軸棱錐9與長(zhǎng)焦距透鏡8的間距要求小于10cm，本實(shí)施例中，此間距可選擇6cm。工作時(shí)，如圖2所示，綠光LED燈珠3發(fā)出的光經(jīng)LED聚光透鏡4匯聚后進(jìn)入聚光筒5，光線在聚光筒5內(nèi)經(jīng)過多次反射并匯聚達(dá)到強(qiáng)度分布較均勻的狀態(tài)，之后從聚光筒5的小孔出射，透過光闌6的圓孔后的光場(chǎng)空間相干性得到了提高，再通過由短焦距透鏡7和長(zhǎng)焦距透鏡8構(gòu)成的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后接近平行光，最后入射軸棱錐9并在軸棱錐9后形成近似無衍射Bessel光束(圖2的陰影部分)。工作前需將LED燈珠3與LED聚光透鏡4膠合，并確保能正常工作。工作時(shí)點(diǎn)亮LED燈珠3，待穩(wěn)定后按圖I的結(jié)構(gòu)在光學(xué)平臺(tái)I上調(diào)整好各元件。調(diào)整時(shí)先將光闌6的孔徑放到最大，此時(shí)透過光闌的光強(qiáng)大，便于裝置的調(diào)節(jié)，讓光軸垂直通過光闌6，透鏡7、8等元件的中心。調(diào)節(jié)好元件后需將光闌6直徑調(diào)至O. 1_，這樣可提高光場(chǎng)的相干性，如此在軸棱錐9后一段距離內(nèi)便可觀察到較清晰的近似無衍射Bessel光束。
權(quán)利要求
1.用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括光學(xué)平臺(tái)、光具座、LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短聚焦透鏡、長(zhǎng)聚焦透鏡和軸棱錐； 其中，LED聚光透鏡通過光具座支設(shè)于光學(xué)平臺(tái)的一端，以光學(xué)平臺(tái)設(shè)置LED聚光透鏡的一端為后，另一端為前，LED聚光透鏡罩設(shè)于LED燈珠外用以將LED燈珠發(fā)出的光匯聚后投向前方，聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡和軸棱錐分別通過光具座依次支設(shè)于LED聚光透鏡的前方； 聚光筒為錐形聚光筒，LED聚光透鏡的開口套接于此錐形聚光筒的大端內(nèi)，此錐形聚光筒的小端具有用以將光線出射至前方的小孔； LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡和軸棱錐的中心都在光軸上；聚光筒與光闌的間距D要滿足/) 的條件，其中b為聚光筒的小端的小孔的內(nèi)徑，d為光闌的直徑，λ為入射光的波長(zhǎng)；光闌與短焦距透鏡的間距小于IOcm;短焦距透鏡與長(zhǎng)焦距透鏡的間距為兩者焦距之和；軸棱錐與長(zhǎng)焦距透鏡的間距小于10cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述LED燈珠膠合于LED聚光透鏡的內(nèi)側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述聚光筒用于與LED聚光透鏡相套接的大端的內(nèi)徑略大于或等于所述LED聚光透鏡的開口直徑；所述小孔的直徑約為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光闌為直徑可調(diào)的圓孔光闌。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述短焦距透鏡和長(zhǎng)焦距透鏡用以構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，對(duì)通過所述光闌后的LED光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述LED燈珠采用頻譜寬度小于80nm的LED燈珠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述LED燈珠為綠光LED燈珠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用LED產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束的光學(xué)系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡和軸棱錐。其中短焦距透鏡和長(zhǎng)焦距透鏡間距為兩者焦距之和，LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長(zhǎng)焦距透鏡、軸棱錐的中心都在光軸上。本發(fā)明為用非相干光源產(chǎn)生近似無衍射Bessel光束提供了一種簡(jiǎn)便快捷的方法，對(duì)利用非相干光源產(chǎn)生的近似無衍射Bessel光束進(jìn)行粒子俘獲、囚禁及光學(xué)相干斷層掃描成像的研究具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102819111SQ20121027638
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者程治明, 吳逢鐵, 方翔, 范丹丹 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)