[实用新型]一种环状聚焦光束系统

说明书

本实用新型揭示了一种环状聚焦光束系统，该系统包括在同一光路上依次设置的激光器、准直透镜、中空圆锥透镜和聚焦透镜，中空圆锥透镜的中部沿光轴Z方向为中空结构，中空结构为圆孔，激光器发出激光，经过准直透镜准直，准直后的激光光束经过光阑限制，经过光阑限制后的准直光束正入射中空圆锥透镜，经过中空圆锥透镜中空部分的光束仍然为准直光束，经过中空圆锥透镜实体部分的光束为交叉会聚的线聚焦光束，准直光束经过聚焦透镜聚焦后在聚焦平面与光轴交点处形成一聚焦点，交叉会聚的线聚焦光束经过聚焦透镜聚焦后在聚焦平面处形成聚焦环。通过改变中空圆锥透镜的锥角，可以改变点环状聚焦光斑的环形半径大小。

技术领域

本实用新型涉及一种环状聚焦光束系统，属于激光加工技术领域。

背景技术

20世纪60年代，当激光作为具有极高亮度的相干光源出现时，光压的研究发生了革命性的变化。70年代初，人们开始对激光的辐射压开始全面和深入的研究，特别是对原子在不同条件下所受辐射压力的性质和机制进行理论探讨和实验观测，从而发展起原子束的激光偏转，激光冷却，光子粘胶及原子喷泉等实验技术，同时利用光压进行原子俘获，粒子操纵等研究。

当一束强汇聚的高斯光场作用于透明粒子时，如果粒子的折射率大于周围介质的折射率，梯度力会把粒子推向光场的最强处(轴心)。在光束传播方向上光对粒子不仅会产生轴向的推力，还会产生逆轴向的拉力，从而实现捕获。这里光学捕获是通过透明介质微粒与光子发生动量交换而完成的。

1970年，美国电报电话公司贝尔实验室的阿什金教授采用一束高斯激光，成功地在垂直于光的传播方向上束缚了悬浮在水中的聚苯乙烯微粒，这一实验将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米范围，奠定了光镊的研究基础，之后他又设计了双光束光学陷阱，初步实现了光镊的雏形。

1986年，他把单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证明光学势阱可以无损伤地操纵活体物质。目前所说的光镊即是这样一种三维全光学势阱，光镊对粒子无损伤，具有非接触性，作用力均匀，微米量级的精确定位，可选择特定个体，并可在生命状态下进行操作等特点，特别适用于对细胞和亚细胞层次上活体的研究，如对细胞或细胞器的捕获，分选与操纵，弯曲细胞骨架，克服布朗运动所引起的细菌旋转等，这也正是光镊得以在生物领域中被广泛应用，并显示出强大生命力和广阔应用前景的原因之一。正如其发明者所说，“光镊”将细胞从它们的正常位置移去的能力，为我们打开了精确研究其功能的大门。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种环状聚焦光束系统。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种环状聚焦光束系统，该系统包括在同一光路上依次设置的激光器、准直透镜、中空圆锥透镜和聚焦透镜，所述激光器沿光轴Z方向放置，所述中空圆锥透镜的中部沿光轴Z方向为中空结构，所述中空结构为圆孔，在所述准直透镜与中空圆锥透镜之间放置有用于对激光光束进行限制的光阑，圆孔的直径小于光阑的直径，所述激光器用于产生激光，所述激光器和准直透镜间隙设置，所述准直透镜用于对所述激光器发出的激光光束进行准直，使所述激光光束准直输出，所述激光器发出激光，经过准直透镜准直，准直后的激光光束经过光阑限制，经过光阑限制后的准直光束正入射中空圆锥透镜，经过中空圆锥透镜中空部分的光束仍然为准直光束，经过中空圆锥透镜实体部分的光束为交叉会聚的线聚焦光束，准直光束经过聚焦透镜聚焦后在聚焦平面与光轴交点处形成一聚焦点，交叉会聚的线聚焦光束经过聚焦透镜聚焦后在聚焦平面处形成聚焦环。

优选地，所述激光器为半导体激光器，所述半导体激光器的波长为650nm。

优选地，所述准直透镜为非球面平凸透镜。

优选地，所述非球面平凸透镜的焦距为0.5mm-10mm。

优选地，所述光阑为小孔或狭缝，所述光阑孔直径可调。

优选地，所述聚焦透镜为非球面透镜。