用led產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統的製作方法

2023-05-23 11:39:31

專利名稱：用led產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統的製作方法
技術領域：
用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統技術領域[0001]本實用新型涉及光學 系統設計，具體是一種用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統。
背景技術：
[0002]貝塞爾光束(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， 中心光斑大小不會隨著傳播距離而改變，並且中心光強極高、遇到障礙物能夠重建，這些特性使得貝塞爾光束被應用在廣泛領域，如粒子囚禁、粒子的光學引導、統計物理和原子光學以及最近提出的光學拉力等。貝塞爾光束是這幾十年來研究的一個熱點。[0003]到目前為止人們對貝塞爾光束所做的研究幾乎都是在採用相干光源(雷射)的基礎上展開的，近年來也僅有幾位國外學者開始用滷燈、超輻射發光二極體等非相干光源來產生近似無衍射貝塞爾光束並取得一定成果，所得的近似無衍射貝塞爾光束同樣可以用於粒子囚禁和光學引導。寬頻帶近似無衍射貝塞爾光在光學相干斷層掃描成像(OCT)中能夠提高圖像的解析度，用部分幹光產生近似無衍射貝塞爾光束具有現實意義。LED作為一種新型固態光源，具有節能、環保、壽命長、可靠耐用、響應時間快和高顯色性等諸多優點，並且LED造價低廉，極易獲得，有著獨特的市場優勢。憑藉著迅猛的發展勢頭，如果能夠用LED 產生近似無衍射貝塞爾光束，將可能把近似無衍射貝塞爾光束的研究與使用推向另一個高潮。實用新型內容[0004]本實用新型的目的在於提供一種用非相干的LED光源產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統。[0005]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案[0006]用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，包括光學平臺、光具座、LED燈珠、 LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短聚焦透鏡、長聚焦透鏡和軸稜錐；[0007]其中，LED聚光透鏡通過光具座支設於光學平臺的一端，以光學平臺設置LED聚光透鏡的一端為後，另一端為前，LED聚光透鏡罩設於LED燈珠外用以將LED燈珠發出的光匯聚後投向前方，聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡和軸稜錐分別通過光具座依次支設於LED聚光透鏡的前方；[0008]聚光筒為維形聚光筒，LED聚光透鏡的開口套接於此維形聚光筒的大內，此維形聚光筒的小端具有用以將光線出射至前方的小孔；[0009]LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡和軸稜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徑，dA為光闌的直徑，λ為入射光的波長；光闌與短焦距透鏡的間距小於IOcm ;短焦距透鏡與長焦距透鏡的間距為兩者焦距之和；軸稜錐與長焦距透鏡的間距小於10cm。[0010]所述LED燈珠膠合於LED聚光透鏡的內側面上。[0011]所述聚光筒用於與LED聚光透鏡相套接的大端的內徑略大於或等於所述LED聚光透鏡的開口直徑；所述小孔的直徑約為2mm。[0012]所述光闌為直徑可調的圓孔光闌，用以提高LED光場的相干性。[0013]所述短焦距透鏡和長焦距透鏡用以構成望遠鏡系統，對通過所述光闌後的LED光進行準直擴束。[0014]所述LED燈珠採用頻譜寬度小於80nm的LED燈珠。[0015]所述LED燈珠為綠光LED燈珠。[0016]採用上述方案後，點亮LED燈珠，調光，準直，LED燈珠發出的光經LED聚光透鏡匯聚後進入聚光筒，光線在聚光筒內經過多次反射並匯聚達到強度分布較均勻的狀態，之後從聚光筒的小孔出射，透過光闌的圓孔後的光場空間相干性得到了提高，再通過由短焦距透鏡和長焦距透鏡構成的準直擴束系統後接近平行光，最後入射軸稜錐並在軸稜錐後形成近似無衍射貝塞爾光束。[0017]本實用新型採用的LED燈珠、LED聚光透鏡等元件造價極低，為用非相干光源產生近似無衍射貝塞爾光束提供了一種簡便快捷的方法。對利用非相干光源產生的近似無衍射貝塞爾光束進行粒子俘獲、囚禁及光學相干斷層掃描成像的研究具有現實的指導意義。


[0018]圖I為本實用新型的結構示意圖；[0019]圖2為本實用新型的光路示意圖。
具體實施方式
[0020]本實用新型用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，如圖I所示，包括光學平臺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、長焦距透鏡8和軸稜錐9。其中，LED燈珠可選用頻譜寬度小於80nm的LED燈珠，本實施例選用綠光LED燈珠，頻譜寬度為36nm。[0021]其中，LED聚光透鏡4通過光具座2支設於光學平臺I的一端，以光學平臺I設置 LED聚光透鏡4的一端為後，另一端為前，綠光LED燈珠3膠合於LED聚光透鏡4的內側面上(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發出的光匯聚後投向前方，聚光筒5、光闌6、短焦距透鏡7、長焦距透鏡8和軸稜錐9分別通過光具座 2依次支設於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、長焦距透鏡8和軸稜錐9的中心都在光軸上。[0022]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徑與LED聚光透鏡4的開口直徑相等，LED聚光透鏡4的開口(B卩，LED聚光透鏡4朝向前方的這一端)套接於錐形聚光筒的大端內；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(即小端的內徑)約為2mm ；[0023]光闌6為直徑可調的圓孔光闌，用以提高LED光場的相干性，為達到相干性要求，/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Λ 徑，d為光闌的直徑，λ為入射光的波長；[0024]為減小光闌後的光能損耗，光闌與短焦距透鏡的間距要求小於10cm，本實施例中， 光闌6與短焦距透鏡7的間距可選擇6cm ；[0025]短焦距透鏡7和長焦距透鏡8用以構成望遠鏡系統，對通過光闌6後的LED光進行準直擴束，短焦距透鏡7與長焦距透鏡8的間距為短焦距透鏡7和長焦距透鏡8的焦距之和；[0026]軸稜錐9與長焦距透鏡8的間距要求小於10cm，本實施例中，此間距可選擇6cm。[0027]工作時，如圖2所示，綠光LED燈珠3發出的光經LED聚光透鏡4匯聚後進入聚光筒5，光線在聚光筒5內經過多次反射並匯聚達到強度分布較均勻的狀態，之後從聚光筒5 的小孔出射，透過光闌6的圓孔後的光場空間相干性得到了提高，再通過由短焦距透鏡7和長焦距透鏡8構成的準直擴束系統後接近平行光，最後入射軸稜錐9並在軸稜錐9後形成近似無衍射貝塞爾光束(圖2的陰影部分)。[0028]工作前需將LED燈珠3與LED聚光透鏡4膠合，並確保能正常工作。工作時點亮 LED燈珠3，待穩定後按圖I的結構在光學平臺I上調整好各元件。調整時先將光闌6的孔徑放到最大，此時透過光闌的光強大，便於裝置的調節，讓光軸垂直通過光闌6，透鏡7、8等元件的中心。調節好元件後需將光闌6直徑調至O. 1_，這樣可提高光場的相干性，如此在軸稜錐9後一段距離內便可觀察到較清晰的近似無衍射貝塞爾光束。
權利要求1.用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於包括光學平臺、光具座、LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短聚焦透鏡、長聚焦透鏡和軸稜錐；其中，LED聚光透鏡通過光具座支設於光學平臺的一端，以光學平臺設置LED聚光透鏡的一端為後，另一端為前，LED聚光透鏡罩設於LED燈珠外用以將LED燈珠發出的光匯聚後投向前方，聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡和軸稜錐分別通過光具座依次支設於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於此錐形聚光筒的大端內，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、長焦距透鏡和軸稜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徑，d為光Λ闌的直徑，λ為入射光的波長；光闌與短焦距透鏡的間距小於IOcm ;短焦距透鏡與長焦距透鏡的間距為兩者焦距之和；軸稜錐與長焦距透鏡的間距小於10cm。
2.根據權利要求I所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於 所述LED燈珠膠合於LED聚光透鏡的內側面上。
3.根據權利要求I所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於 所述聚光筒用於與LED聚光透鏡相套接的大端的內徑略大於或等於所述LED聚光透鏡的開口直徑；所述小孔的直徑約為2mm。
4.根據權利要求I所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於 所述光闌為直徑可調的圓孔光闌。
5.根據權利要求I所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於 所述短焦距透鏡和長焦距透鏡用以構成望遠鏡系統，對通過所述光闌後的LED光進行準直擴束。
6.根據權利要求I所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於所述LED燈珠採用頻譜寬度小於80nm的LED燈珠。
7.根據權利要求6所述的用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，其特徵在於 所述LED燈珠為綠光LED燈珠。
專利摘要本實用新型公開了一種用LED產生近似無衍射貝塞爾光束的光學系統，包括依次設置的LED燈珠、LED聚光透鏡、聚光筒、光闌、短焦距透鏡、長焦距透鏡和軸稜錐。其中短焦距透鏡和長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、長焦距透鏡、軸稜錐的中心都在光軸上。本實用新型為用非相干光源產生近似無衍射貝塞爾光束提供了一種簡便快捷的方法，對利用非相干光源產生的近似無衍射貝塞爾光束進行粒子俘獲、囚禁及光學相干斷層掃描成像的研究具有現實的指導意義。
文檔編號F21Y101/02GK202794708SQ20122038512
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者程治明, 吳逢鐵, 方翔, 範丹丹 申請人:華僑大學