[发明专利]空心光束转换装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种将高斯光束转换为空心光束的光束转换装置。

背景技术

光是一种特殊的物质，携带有能量和动量，光与物质相互作用时彼此交换能量和动量，产生各种效应。光与物质间交换动量时可以使受光照射的物体受到一个力或力矩，即产生光的力学效应。捕获微小粒子的光镊是利光的力学效应的典型应用。日常生活中，我们用来挟持物体的镊子都是有形物体，通过镊子施加一定的力钳住物体；而光镊是一个特别的光场，这个光场与物体相互作用时，物体受到光的作用从而达到被钳的效果，然后可以通过移动光束来实现迁移物体的目的。光镊产生的激光聚集可形成光阱，微小物体受光压而被束缚在光阱处，移动光束使微小物体随光阱移动，借此可在显微镜下对微小物体(如病毒、细菌以及细胞内的细胞器及细胞组分等)进行移位或手术操作。

光镊常用来对生物细胞进行操纵，光镊产生的用于移动微小物体的光束多为实心光束，当实心光束照射在微小物体表面时，光束产生的热量会使被照射到的物体表面温度升高，容易灼伤生物细胞，降低其活性。为了避免这种现象，可将实心光束转换为空心光束，使生物细胞位于空心光束的中心暗斑处，其生物活性和本质不受操纵光的影响。如今学者们进行了很多将实心光束转换为空心光束的研究。空心光束是垂直光束传播方向上光束中心光强为零、周围光强较强的环状光束，此光束的光强分布可以对位于中心零光强处的微粒产生束缚力。产生空心光束的方法很多，如遽逝波法、计算全息图法、角锥法、空心光纤法等。其中，遽逝波法局限于介质表面，并且作用区域很小(μm量级)；计算全息法或者角锥法使用的光栅和角锥在制作工艺复杂，不易实现，而且这两种方法产生的空心光束中心暗斑不完全为黑；用空心光纤产生空心光束的方法耦合效率较低，仅为50％。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种空心光束转换装置，可应用于原子导管、光镊、光扳手等设备。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

空心光束转换装置，包括：接收来自光源的光束的聚焦透镜；设置于所述聚焦透镜后方的光纤耦合透镜，所述光纤耦合透镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴相交，从所述聚焦透镜出射的光倾斜射入所述光纤耦合透镜；设置于所述光纤耦合透镜后的多模光纤，所述光纤耦合透镜设置于所述多模光纤输入端之前，所述多模光纤输出端的后方设置有短焦整形透镜，所述多模光纤的输出端位于所述短焦整形透镜的焦点处。

本发明更具体的技术方案为，所述聚焦透镜的光轴与光纤耦合透镜的光轴之间的夹角为0.6°～1.4°。

本发明更具体的技术方案为，所述短焦整形透镜包括依次设置第一短焦透镜和第二短焦透镜，所述第一短焦透镜的光轴和所述第二短焦透镜的光轴重合，所述多模光纤的输出端位于所述第一短焦透镜的焦点处。

本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜的焦距和所述第二短焦透镜的焦距不同。

本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜的焦距为4.5mm，所述第二短焦透镜的焦距为30mm。

本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜与所述第一短焦透镜之间的距离为60mm。

本发明更具体的技术方案为，所述光纤耦合透镜的焦距为4.5mm，

本发明更具体的技术方案为，所述聚焦透镜的焦距为60mm。

本发明更具体的技术方案为，所述第一短焦透镜与所述多模光纤的输出端之间的距离为4.5mm。

由以上可知，本发明通过设置光轴相交的聚焦透镜和光线耦合透镜，使(激)光束倾斜入射至多模光纤中，采用多模光纤对实心光束进行空心光束的转换，可以产生中心暗斑为全黑的空心光束，耦合效率很高，可以达到80％，从多模光纤出射的光束经短焦透镜整形输出后，得到的空心光束光斑质量好，可应用于原子导管、光镊、光扳手等设备上，避免传统实心光束对微小物体进行移位或手术操作时灼伤细胞，从而提高细胞活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式