Аксикон - Axicon

Схема Axicon и результирующий луч Бесселя

An аксикон это специализированный вид линза который имеет конический поверхность. Аксикон преобразует лазерный луч в кольцевой распределитель.[1] Они могут быть выпуклыми или вогнутыми и изготавливаться из любого оптического материала. Комбинация с другими аксиконами или линзами позволяет генерировать широкий спектр диаграмм направленности. Его можно использовать для поворота Гауссов пучок в недифракционный Бессель -подобный пучок.[2] Впервые аксиконы были предложены в 1954 году Джоном МакЛеодом.[3]

Аксиконы используются в атомные ловушки и для создания плазма в ускорители поля зрения.[4] Они используются в глазная хирургия в случаях, когда пригодится пятно в форме кольца.

Аксикон обычно характеризуется отношением диаметра кольца к расстоянию от кончика линзы до плоскости изображения d / l.

Особенности и формирование луча Бесселя

Одиночные аксиконы обычно используются для создания кольцевого распределения света, которое является постоянным по горизонтали вдоль оптическая ось в определенном диапазоне. Эта особенность является результатом генерации (недифрагирующих) пучков, подобных бесселеву, со свойствами, в основном определяемыми углом аксикона α.

Создание бесселевых лучей через аксикон
Создание бесселевых лучей через аксикон

Есть две области, представляющие интерес для множества приложений: дальний диапазон с почти постоянным распределением интенсивности (а) и кольцевое распределение интенсивности дальнего поля (б). Расстояние (а) зависит от угла α аксикона и диаметра (ØEP) падающего луча. Диаметр кольцевого распределения напряженности дальнего поля (b) пропорционален длине l. Ширина кольца составляет примерно половину диаметра падающего луча.[5]

Приложения

Одно из применений аксиконов - в телескопах, где обычные сферические задача заменяется аксиконом.[3] Такой телескоп может одновременно находиться в фокусе для целей на расстоянии от менее метра до бесконечность, без каких-либо корректировок. Его можно использовать для одновременного просмотра двух или более небольших источников, расположенных на линии прямой видимости.

Аксиконы можно использовать в лазерная хирургия глаза. Их способность фокусировать лазерный луч в кольцо полезна в хирургии для сглаживания и абляция роговица ткань. Используя комбинацию положительных и отрицательных аксиконов, можно регулировать диаметр светового кольца для достижения наилучших характеристик.[6]

Также аксиконы используются в оптический захват.[6] Кольцо света создает силы притяжения и отталкивания, которые могут улавливать и удерживать микрочастицы и клетки в центре кольца.

Другой

Рефлаксиконы

Отражающий аксикон или «рефлаксикон» был описан в 1973 году У. Р. Эдмондсом.[7] В рефлаксиконе используется пара коаксиальных конических отражающих поверхностей, чтобы дублировать функциональность пропускающего аксикона. Использование отражения, а не передачи улучшает порог повреждения, Хроматическая аберрация, и дисперсия групповой скорости по сравнению с обычными аксиконами.

Исследование

В исследованиях Physikalisch-Chemisches-Institut, Гейдельберг, Германия, линзы аксикон использовались для лазерной диагностики механических свойств тонких пленок и твердых тел с помощью спектроскопия поверхностных волн.[3] В этих экспериментах лазерное излучение фокусируется на поверхности концентрического кольца. Лазерный импульс генерирует концентрические поверхностные акустические волны с амплитудой, которая достигает максимума в центре кольца. Такой подход позволяет изучать механические свойства материалов в экстремальных условиях.

Аксиконы использовались исследовательской группой в Лазерный институт и медицинская клиника Beckman сфокусировать параллельный луч в луч с большой глубиной фокусировки и сильно ограниченным боковым пятном, чтобы разработать новый оптической когерентной томографии (OCT) система.[3]

Исследователи Inphase Technologies используют аксиконы в голографическое хранилище данных. Их цель - определить влияние аксиконов на Распределение Фурье спектра случайных двоичных данных пространственный модулятор света (SLM).

Профессор Венделл Т. Хилл, исследовательская группа III Университет Мэриленда ориентирована на создание элементов атомная оптика, такие как светоделители и переключатели луча из полых лазерных лучей.[3] Эти лучи, сделанные с использованием аксиконов, обеспечивают идеальный оптическая ловушка направлять холодные атомы.

Статья, опубликованная исследовательской группой на Сент-Эндрюсский университет в Великобритании в выпуске от 12 сентября Природа описывает использование аксикона в оптических пинцетах, которые обычно используются для манипулирования микроскопическими частицами, такими как клетки и коллоиды.[8] В пинцете используются лазеры с профилем пучка Бесселя, получаемые путем освещения аксикона гауссовым пучком, который может улавливать несколько частиц вдоль оси пучка.

использованная литература

  1. ^ а б Маллик, Протип (2005). "Аксикон" (pdf). Колледж оптических наук Университета Аризоны. Получено 12 декабря 2014.[ненадежный источник? ]
  2. ^ Гарсес-Чавес, В .; McGloin, D .; Melville, H .; Sibbett, W .; Дхолакия, К. (12 сентября 2002 г.). «Одновременная микроманипуляция в нескольких плоскостях с использованием самовосстанавливающегося светового луча» (PDF). Природа. 419 (6903): 145–7. Bibcode:2002Натура 419..145Г. Дои:10.1038 / природа01007. PMID  12226659. Архивировано из оригинал (PDF) 19 сентября 2006 г.
  3. ^ а б c d е Маклеод, Джон Х. (1954). «Аксикон: новый тип оптического элемента». J. Opt. Soc. Am. 44 (8): 592. Дои:10.1364 / JOSA.44.000592.
  4. ^ Green, S. Z .; Адли, Э .; Clarke, C.I .; Corde, S .; Эдстром, С. А .; Фишер, А. С .; Frederico, J .; Frisch, J.C .; Gessner, S .; Гилевич, С .; Геринг, П. (22.07.2014). «Лазерная ионизированная предварительно сформированная плазма в FACET». Физика плазмы и управляемый синтез. 56 (8): 084011. Дои:10.1088/0741-3335/56/8/084011. ISSN  0741-3335.
  5. ^ «Различные приложения для формирования луча с использованием аксиконов | асферикон». асферикон. 2017-04-26. Получено 2020-11-24.
  6. ^ а б «Углубленный взгляд на аксиконы». Edmund Optics Inc.
  7. ^ Эдмондс, W.R. (1973). «Reflaxicon, новый отражающий оптический элемент и некоторые приложения». Прикладная оптика. 12 (8): 1940–5. Дои:10.1364 / AO.12.001940. PMID  20125635.
  8. ^ «Аксикон» (PDF). dmphotonics.com. Получено 18 января 2015.[ненадежный источник? ]