梯度轴棱锥产生单个Bottle beam

吴逢铁; 江新光; 刘彬; 邱振兴

doi:10.7498/aps.58.2410

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梯度轴棱锥产生单个Bottle beam

吴逢铁 , 江新光 , 刘彬 , 邱振兴

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唯象论的经典领域

梯度轴棱锥产生单个Bottle beam

吴逢铁, 江新光, 刘彬, 邱振兴

物理学报, 2009, 58(4): 2410-2414.

doi: 10.7498/aps.58.2410

Single bottle beam generated by a gradient axicon

Wu Feng-Tie, Jiang Xin-Guang, Liu Bin, Qiu Zhen-Xing

Acta Phys. Sin., 2009, 58(4): 2410-2414.

doi: 10.7498/aps.58.2410

摘要
首次提出一种新的梯度轴棱锥模型，这种梯度轴棱锥在传统的轴棱锥基础上，将轴棱锥顶点的锥角设计成具有一定的梯度.平面波入射到这种梯度轴棱锥，其衍射场会形成两个区域的Bessel光，并且在这两个Bessel光之间形成一个Bottle beam（局域空心光束）.由于Bottle beam具有三维封闭的空心区域和极高的强度梯度，可用作激光导管、光镊和光学扳手等，在生命科学和纳米科技中有重要应用.从几何光学角度分析了梯度轴棱锥形成单个Bottle beam的原理，由衍射及相干理论，分析和模拟了纵向剖面光强分布和横截面光强分布.研究结果对梯度轴棱锥的设计和应用具有指导意义.

关键词:
梯度轴棱锥 /

Bottle beam /

轴棱锥 /

Bessel光
Abstract
A new model of double-axicon was proposed for the first time. Based on the traditional axicon，a gradient on the vertex of an axicon was designed. When a plane wave illuminates the gradient axicon，two Bessel beams are formed and a Bottle beam generated between the Bessel beams. Bottle beams could be used as optical pipes，optical tweezers，optical spanners, and so on.Because the dark focus is surrounded in all directions by regions of higher intensity，and it shows important application perspective in life science and nanotechnology. The formation mechanism of the single Bottle beam was analyzed by geometrical optics. The transverse and longitudinal intensity distribution were also calculated and simulated using diffraction and interference theory，respectively. The result shows its significance in providing a guidance for the design and application of the gradient axicon.

Keywords:
gradient axicon /

bottle beam /

axicon /

Bessel beam
作者及机构信息
吴逢铁,

江新光,

刘彬,

邱振兴

1.
华侨大学信息科学与工程学院，泉州 362021

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60477041）和福建省自然科学基金（批准号：A0710011）资助的课题.
Authors and contacts
Wu Feng-Tie,

Jiang Xin-Guang,

Liu Bin,

Qiu Zhen-Xing

1.
华侨大学信息科学与工程学院，泉州 362021
参考文献

施引文献

[1]	朱清智, 吴逢铁, 胡润, 冯聪. 空心光束尺寸的精确调控. 物理学报, 2016, 65(18): 184101. doi: 10.7498/aps.65.184101
[2]	朱清智, 沈栋辉, 吴逢铁, 何西. 部分相干光对周期性局域空心光束的影响. 物理学报, 2016, 65(4): 044103. doi: 10.7498/aps.65.044103
[3]	李杨, 朱竹青, 王晓雷, 贡丽萍, 冯少彤, 聂守平. 离轴椭圆矢量光场传输中的光斑演变. 物理学报, 2015, 64(2): 024204. doi: 10.7498/aps.64.024204
[4]	何西, 杜团结, 吴逢铁. 新型发光二极管透镜产生局域空心光束. 物理学报, 2014, 63(7): 074201. doi: 10.7498/aps.63.074201
[5]	李冬, 吴逢铁, 谢晓霞. 基于轴棱锥产生近似无衍射Mathieu光束的新方法. 物理学报, 2014, 63(15): 152401. doi: 10.7498/aps.63.152401
[6]	范丹丹, 吴逢铁, 程治明, 朱健强. 非相干光源无衍射光的自重建. 物理学报, 2013, 62(10): 104219. doi: 10.7498/aps.62.104219
[7]	杜团结, 王涛, 吴逢铁. 轴棱锥对无衍射光束的线聚焦特性. 物理学报, 2013, 62(13): 134103. doi: 10.7498/aps.62.134103
[8]	程治明, 吴逢铁, 张前安, 郑维涛. 自成像局域空心光束产生的新方法及粒子俘获. 物理学报, 2012, 61(9): 094201. doi: 10.7498/aps.61.094201
[9]	范丹丹, 吴逢铁, 程治明, 王涛, 杜团结, 朱健强. 障碍物后周期性Bottle beam的自重建. 物理学报, 2012, 61(24): 244104. doi: 10.7498/aps.61.244104
[10]	张前安, 吴逢铁, 郑维涛. 轴棱锥-透镜系统产生局域空心光束中心亮斑的消除. 物理学报, 2012, 61(3): 034205. doi: 10.7498/aps.61.034205
[11]	程治明, 吴逢铁, 方翔, 范丹丹, 朱健强. 圆顶轴棱锥产生多个局域空心光束. 物理学报, 2012, 61(21): 214201. doi: 10.7498/aps.61.214201
[12]	郑维涛, 吴逢铁, 张前安, 程治明. 双轴棱锥产生长距离近似无衍射光的新技术. 物理学报, 2012, 61(14): 144201. doi: 10.7498/aps.61.144201
[13]	张前安, 吴逢铁, 郑维涛, 马亮. 新型锥透镜产生局域空心光束. 物理学报, 2011, 60(9): 094201. doi: 10.7498/aps.60.094201
[14]	王国军, 吴世法, 李旭峰, 李睿, 段建民, 潘石. 带金属尖四棱锥小孔光探针光斑近场分布数值模拟. 物理学报, 2010, 59(1): 192-198. doi: 10.7498/aps.59.192
[15]	马宝田, 吴逢铁, 马亮. 非稳腔主动式直接获取纳秒近似无衍射贝塞尔绿光. 物理学报, 2010, 59(9): 6213-6218. doi: 10.7498/aps.59.6213
[16]	马亮, 吴逢铁. 阶变折射率轴棱锥产生局域空心光束. 物理学报, 2010, 59(9): 6096-6100. doi: 10.7498/aps.59.6096
[17]	卢文和, 吴逢铁, 马宝田. 环形障碍物-轴棱锥产生局域空心光束. 物理学报, 2010, 59(9): 6101-6105. doi: 10.7498/aps.59.6101
[18]	吴逢铁, 江新光, 刘彬, 邱振兴. 轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3125-3129. doi: 10.7498/aps.58.3125
[19]	江新光, 吴逢铁. 像散对轴棱锥衍射特性的影响与修正. 物理学报, 2008, 57(7): 4202-4207. doi: 10.7498/aps.57.4202
[20]	曾夏辉, 吴逢铁, 刘岚. 干涉理论对bottle beam的描述. 物理学报, 2007, 56(2): 791-797. doi: 10.7498/aps.56.791

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物理学报. 2009, 58(4): 2410-2414.

doi: 10.7498/aps.58.2410.

梯度轴棱锥产生单个Bottle beam

1. 华侨大学信息科学与工程学院，泉州 362021

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60477041）和福建省自然科学基金（批准号：A0710011）资助的课题.

收稿日期: 2008-05-12
修回日期: 2008-06-19
刊出日期: 2009-02-05

摘要: 首次提出一种新的梯度轴棱锥模型，这种梯度轴棱锥在传统的轴棱锥基础上，将轴棱锥顶点的锥角设计成具有一定的梯度.平面波入射到这种梯度轴棱锥，其衍射场会形成两个区域的Bessel光，并且在这两个Bessel光之间形成一个Bottle beam（局域空心光束）.由于Bottle beam具有三维封闭的空心区域和极高的强度梯度，可用作激光导管、光镊和光学扳手等，在生命科学和纳米科技中有重要应用.从几何光学角度分析了梯度轴棱锥形成单个Bottle beam的原理，由衍射及相干理论，分析和模拟了纵向剖面光强分布和横截面光强分布.研究结果对梯度轴棱锥的设计和应用具有指导意义.

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