一種產(chǎn)生單個局域空心光束的led透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其具有類橢球體狀的透鏡本體，此透鏡本體沿其長軸方向的一頭呈平切狀，形成一垂直于透鏡本體的長軸的圓形橫切面，此圓形橫切面的中部具有作為入射面的內(nèi)凹球面，LED光源對應于此內(nèi)凹球面的球心位置，此透鏡本體的外輪廓曲面即為出射面。出射面分為中間部分和外圍部分，中間部分和外圍部分將產(chǎn)生兩束不同錐角的錐面波，兩束錐面波分別相干疊加，形成兩束近似貝塞爾光，在兩束近似貝塞爾光之間便會出現(xiàn)即Bottle?beam。與其它產(chǎn)生Bottle?beam的方法相比，本發(fā)明通過單一元件即可獲得單個Bottle?beam，元件加工相對容易，轉(zhuǎn)換效率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【專利說明】—種產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以發(fā)光二極管(LED)作為光源可產(chǎn)生單個局域空心光束(Bottlebeam)的LED透鏡，可用于產(chǎn)生空心光束，作為光鑷捕獲和操控微粒，在粒子囚禁、原子冷卻等方面有極高的應用價值，亦可用于科學研究等方面。
【背景技術】
[0002]局域空心光束(Bottle beam)是一束沿著光傳播方向上有強度為零的三維密閉區(qū)域的光束，周圍圍繞著高強度的光。Bottle beam可作為光鑷和光學扳手等有力工具，還可用于囚禁微觀粒子、中性原子、分子和生物細胞等，在生命科學與納米科技領域中有著重要的應用。
[0003]傳統(tǒng)產(chǎn)生Bottle beam都是采用相干性極高的激光作為光源。然而非相干光源產(chǎn)生的Bottle beam具有波前相位不易發(fā)生畸變、光強分布比較均勻等優(yōu)點，對于粒子囚禁、原子冷卻等有極高的應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其采用非相干光源LED來產(chǎn)生Bottle beam,通過單一元件便可直接獲得單個Bottle beam,具有轉(zhuǎn)換效率高，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，元件加工相對容易、成本低的優(yōu)點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，具有類橢球體狀的透鏡本體，其長軸與短軸的長度比為10-11:2-3，此透鏡本體沿其長軸方向的一頭呈平切狀，形成一垂直于透鏡本體的長軸的圓形橫切面,此圓形橫切面的中部具有作為入射面的內(nèi)凹球面,此內(nèi)凹球面的球心位置與此圓形橫切面的圓心位置重疊在一起，LED光源對應放置于此內(nèi)凹球面的球心位置，此透鏡本體的外輪廓曲面即為出射面。
[0007]所述出射面分為兩部分，即靠近所述透鏡本體的長軸的對入射光線的偏折角較大的中間部分和環(huán)繞包圍此中間部分的對入射光線的偏折角較小的外圍部分。
[0008]以所述中間部分的任一點與所述球心位置的連線為入射線，此入射線與所述透鏡本體的長軸的夾角=45°。
[0009]上述透鏡本體為PMMA透鏡。
[0010]采用上述方案后，本發(fā)明可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，透鏡的入射面為球面，LED光源放置在此球面的球心處，光線經(jīng)過此球面后傳播方向不變，光線經(jīng)過出射面后按對光線偏折能力的不同可以將出射面分為兩部分，即靠近透鏡本體長軸的中間部分和環(huán)繞包圍中間部分的外圍部分，光線經(jīng)過中間部分后，偏折角較大，照射到目標平面上坐標的絕對值較大；光線經(jīng)過外圍部分后，偏折角較小，照射到目標平面上坐標的絕對值較小。中間部分和外圍部分將產(chǎn)生兩束不同錐角的錐面波，兩束錐面波分別相干疊加，形成兩束近似貝塞爾光，在兩束近似貝塞爾光之間出現(xiàn)了一個沒有光通過的區(qū)域，即Bottle beam。調(diào)節(jié)光束照射在目標平面上的坐標值即可調(diào)節(jié)Bottle beam的尺寸。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于通過單一元件可直接獲得單個Bottle beam,轉(zhuǎn)換效率高,成本低，結(jié)構(gòu)簡單，元件加工相對容易，并且LED作為一種新型非相干光源具有體積小、耗電量低、壽命長、高亮度低熱量、堅固耐用，使產(chǎn)生Bottle beam的成本大大降低。此發(fā)明為獲取Bottlebeam提供了一種簡潔實用的新方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明中透鏡的出射面求解原理圖。
[0013]圖2為本發(fā)明中透鏡產(chǎn)生Bottle beam的光路示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明中透鏡的母線圖。
[0015]圖4為本發(fā)明中透鏡的立體圖。
[0016]圖5為本發(fā)明中透鏡另一角度的立體圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明新型LED透鏡的結(jié)構(gòu)和原理作近一步詳細的說明。
[0018]本發(fā)明的一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，如圖3-5所示，具有類橢球體狀的PMMA材料制成的透鏡本體100，透鏡本體100的長軸與短軸的長度比為10-11:2_3，此透鏡本體100沿其長軸方向的一頭呈平切狀，形成一垂直于橢球體的長軸的圓形橫切面11，此圓形橫切面11的中部具有作為入射面的內(nèi)凹球面111，此內(nèi)凹球面111的球心位置與此圓形橫切面11的圓心位置重疊在一起，LED光源對應放置于此內(nèi)凹球面111的球心位置，此透鏡本體100的外輪廓曲面12即為出射面。此出射面分為兩部分，即靠近透鏡本體100的長軸13的對入射光線的偏折角較大的中間部分和環(huán)繞包圍此中間部分的對入射光線的偏折角較小的外圍部分。以此中間部分的任一點與所述球心位置的連線為入射線，此入射線與透鏡本體的長軸13的夾角=45°。
[0019]如圖1所示，以光源所在位置為原點建立直角坐標系，以LED光源的晶元所在平面為XY平面(其中Y軸垂直于XZ所在平面，即垂直于紙面，因此，圖中Y軸沒有標出)，垂直晶元平面方向為Z軸.以XZ所在平面為例，h為目標平面與光源的距離.入射光線與透鏡出射面的交點為A，坐標為(x，z)，出射光線與目標平面的交點為B，坐標為(r，h)，則可以得到:
[0020]入射光線的單位矢量:
【權利要求】
1.一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其特征在于:具有類橢球體狀的透鏡本體，其長軸與短軸的長度比為10-11:2-3，此透鏡本體沿其長軸方向的一頭呈平切狀，形成一垂直于透鏡本體的長軸的圓形橫切面，此圓形橫切面的中部具有作為入射面的內(nèi)凹球面，此內(nèi)凹球面的球心位置與此圓形橫切面的圓心位置重疊在一起，LED光源對應放置于此內(nèi)凹球面的球心位置，此透鏡本體的外輪廓曲面即為出射面。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其特征在于:所述出射面分為兩部分，即靠近所述透鏡本體的長軸的對入射光線的偏折角較大的中間部分和環(huán)繞包圍此中間部分的對入射光線的偏折角較小的外圍部分。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其特征在于:以所述中間部分的任一點與所述球心位置的連線為入射線，此入射線與所述透鏡本體的長軸的夾角蘭45°。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的一種可產(chǎn)生單個局域空心光束的LED透鏡，其特征在于:上述透鏡本體為PMMA 透鏡。
【文檔編號】G02B3/00GK103901509SQ201410104918
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權日:2014年3月20日
【發(fā)明者】吳逢鐵, 何西, 杜團結(jié) 申請人:華僑大學