[发明专利]用LED光源实现Bessel光自重建的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用非相干LED光源通过障碍物后无衍射Bessel光束自重建的光学系统。

背景技术

自1987年Durnin首次提出无衍射Bessel光束以来，这类光束便以其主光斑尺寸小、能量集中、方向性好、光场分布不随传输距离而变化等特点吸引了国内外科研人员的广泛关注。近年来，由于无衍射Bessel光束所拥有高斯光束等普通光束不曾有的重要特性-重建特性，在生物工程和医学领域取得了许多重要的成果。

当一个粒子被无衍射光束捕获时，粒子将会使其附近光场分布发生畸变，但在粒子后一定距离处无衍射光束会发生重建，这样又可以捕获其它粒子，无衍射光束的重建特性使得无衍射光束同时操作多层面粒子成为可能。到目前为止人们对Bessel光束自重建所做的研究都是在采用相干光源(激光)的基础上展开的，而对于非相干LED光源无衍射光的自重建研究国内外尚未有报道。LED作为一种新型固态光源，具有节能、环保、寿命长、可靠耐用、响应时间快和高显色性等诸多优点，并且LED造价低廉，极易获得，有着独特的市场优势。非相干光源可重建的特性在粒子多层面操控、光学微操作等方面具有极高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用LED光源实现Bessel光自重建的光学系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用LED光源实现Bessel光自重建的光学系统，包括光学平台、光具座、LED灯珠、LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜、轴棱锥和不透光障碍物；

其中，LED聚光透镜通过光具座支设于光学平台的一端，以光学平台设置LED聚光透镜的一端为后，另一端为前，LED聚光透镜罩设于LED灯珠外用以将LED灯珠发出的光汇聚后投向前方，聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜、轴棱锥和不透光障碍物分别通过光具座依次支设于LED聚光透镜的前方；

聚光筒为锥形聚光筒，LED聚光透镜的开口套接于此锥形聚光筒的大端内，此锥形聚光筒的小端具有用以将光线出射至前方的小孔；

LED聚光透镜、聚光筒、光阑、短焦距透镜、长焦距透镜、轴棱锥和不透光障碍物的中心都在光轴上，聚光筒与光阑的间距D要满足的条件，其中b为聚光筒小端的小孔内径，d为光阑的直径，λ为入射光的波长；光阑与短焦距透镜的间距小于35cm；短焦距透镜与长焦距透镜的间距为两者焦距之和；轴棱锥与长焦距透镜的间距小于18m，轴棱锥与不透光障碍物之间的距离小于13cm。

所述LED聚光透镜为能与LED灯珠胶合的聚光透镜。

所述聚光筒用于与LED聚光透镜相套接的大端的半径略大于或等于所述LED聚光透镜的开口半径；所述小孔的半径约为1mm。

所述光阑为半径可调的圆孔光阑，用以提高LED光场的相干性。

所述LED灯珠采用频谱宽度小于80nm的LED灯珠。

所述LED灯珠为蓝光LED灯珠。

采用上述方案后，点亮LED灯珠，LED灯珠发出的光经LED聚光透镜汇聚后进入聚光筒，光线在聚光筒内经过多次反射并汇聚达到强度分布较均匀的状态从聚光筒的小孔出射，经过光阑光场空间相干性得到提高，再通过由短焦距透镜和长焦距透镜构成的准直扩束系统后接近平行光入射到轴棱锥上，在轴棱锥后一定距离内形成近似无衍射区域，在无衍射区域内放置不透光障碍物，Bessel光束不会因此而停止传播，反而绕过不透光障碍物继续传播，并在障碍物后方投下一片阴影区，但很快Bessel光束又恢复到原来的光强分布，即在无衍射区域内发生了重建。

本发明采用的LED灯珠、LED聚光透镜等光学元件造价低廉，获取容易，为用非相干光源实现Bessel光束自重建提供了较为方便快捷的方法，使非相干光源产生无衍射光束能同时操作多个粒子成为可能，为多层面操控粒子、光学微操作提供了条件，对于非相干光源的研究具有重大意义。

附图说明

图1为本发明光学系统的结构示意图；

图2为本发明的光路示意图(省略LED聚光透镜4)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明系统的结构和原理作进一步详细的说明。

本发明用LED光源实现Bessel光自重建的光学系统，如图1所示，包括光学平台1，光具座2，LED灯珠3，LED聚光透镜4，聚光筒5，光阑6，短焦距透镜7，长焦距透镜8，不透光轴棱锥9和障碍物10。其中，LED灯珠3可选用频谱宽度小于80nm的LED灯珠，本实施例选用蓝光LED灯珠，频谱宽度为41nm。