[发明专利]一种基于介质微球的微米聚焦虹的产生方法及光谱仪

说明书

本发明涉及光学色散技术领域，公开了一种基于介质微球的微米聚焦虹的产生方法及光谱仪，将BaTiO3介质微球放置在具有裸露纳米结构的普通光盘上，并放置于光学成像系统中；用白光LED光源倾斜照射所述BaTiO3介质微球，通过光学成像系统对BaTiO3介质微球放大；将其成像到图像采集系统，调节光学成像系统，在BaTiO3介质微球阴影处获得微米聚焦虹。与现有技术相比，本发明利用BaTiO3介质微球放置在具有裸露纳米结构的光盘上具有良好的色散能力，获得了微米尺度的聚焦虹，其不仅可以应用于制作关于色散的科普仪器，也可以用于微米尺度的光学分解，为光谱仪提供了一种新的色散系统，为光谱仪的小型化提供新的技术支撑。

技术领域

本发明涉及光学色散技术领域，具体涉及一种基于介质微球的微米聚焦虹的产生方法及光谱仪。

背景技术

彩虹，又称天虹，是自然界中的光学现象。1666年，牛顿利用三棱镜对太阳光进行分解，获得了像彩虹一样的七色光。随后，关于彩虹的光学原理被逐渐完善。三棱镜分解太阳光这种现象被称为色散，目前光的色散可以用三棱镜、衍射光栅和干涉仪等来实现，这三种色散器件可以作为光谱仪的色散系统。然而这些光学元件产生的色散不能聚焦，需要另加聚焦系统。另外，这些器件结构尺寸大，限制了光谱仪的小型化。

球透镜对光具有汇聚作用。近些年，人们发现微球介质透镜能够产生高强度、窄光束的聚焦。利用这些性质，发现介质微球具有超分辨成像的能力。人们对介质微球聚焦特性进行了大量研究，并没有发现其色散能力。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于介质微球的微米聚焦虹的产生方法以及应用该方法制作的光谱仪，利用介质微球在观察普通光盘纳米结构的时候，白光倾斜照明，在显微系统中发现了微米尺度的聚焦虹，该聚焦虹产生方法不仅为新型的光学色散科普仪器提供技术支持，也可以用于微米尺度的光学分解，为光谱仪提供了一种新的色散系统，为光谱仪的小型化提供新的技术支撑。

技术方案：本发明提供了一种基于介质微球的微米聚焦虹的产生方法，包括如下步骤：

S1：将BaTiO₃介质微球放置在具有裸露纳米结构的普通光盘上，所述具有裸露纳米结构的普通光盘放置于光学成像系统中；

S2：用白光LED光源倾斜照射所述BaTiO₃介质微球，通过光学成像系统对BaTiO₃介质微球放大；

S3：将S2中的图像成像到图像采集系统，调节光学成像系统，在BaTiO₃介质微球阴影处获得微米聚焦虹。

进一步地，所述BaTiO₃介质微球的直径为50~200μm，折射率1.9。

进一步地，所述光学成像系统包括成像系统物镜、成像系统聚焦透镜，所述成像系统物镜设置于所述BaTiO₃介质微球上方，所述系统聚焦透镜设置于所述成像系统物镜上方。

进一步地，所述具有裸露纳米结构的普通光盘上设有金属镀膜，其具有高反射作用。

本发明还公开了一种利用上述的微米聚焦虹的产生方法制作的光谱仪，将该方法做为光谱仪的色散系统，为所述光谱仪提供了一种介质微球色散系统，所述光谱仪包括光纤接头、准直镜、介质微球色散系统以及光探测器；所述光纤接头设置于所述介质微球色散系统一侧，所述准直镜设置于光纤接头正上方，且其倾斜设置，所述光探测器设置于所述介质微球色散系统一侧上方；所述光纤接头发射的光纤经所述准直镜反射后照射至所述介质微球色散系统，所述光纤经所述介质微球色散系统色散后的光照射在所述光探测器上。

优选地，所述介质微球色散系统包括BaTiO3介质微球以及具有裸露纳米结构的普通光盘，所述BaTiO3介质微球放置于具有裸露纳米结构的普通光盘。

有益效果：