一种飞秒激光旋转操控光镊的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学操控光镊技术领域。
【背景技术】
[0002]自光镊技术出现后，光镊由于具有非接触、无损伤操纵微纳尺度粒子的特性，因此被广泛地应用于生命科学、医学、物理、材料和纳米科学，被认为是最理想的单分子、单细胞、微粒、微纳器件操作技术。
[0003]光镊技术多采用连续激光和长脉冲激光，与连续激光和长脉冲激光相比，飞秒激光脉冲具有极短的脉冲宽度、极高的峰值功率和时间和空间分辨率，并可以高精度地控制作用能量。2001年天津大学提出了飞秒激光光镊的概念，与连续光光镊相比较，飞秒光镊中作用在粒子上的光学梯度力是脉冲式的。飞秒激光脉冲所产生的横向光学力和轴向光学力能抵消由于布朗运动引起的微粒中心偏移的影响，可实现对微粒的稳定束缚。目前以高重复率飞秒激光为光源可以对血红细胞、白细胞、病毒、聚苯乙烯微球等实现稳定捕获，如专利ZL200420085210.7。目前光镊技术的操控对象广泛，从透明的电介质小球、细胞、到不透明的材料如金属微粒均可以实现直接操控，如专利ZL 200610078632.5。高斯光束是传统的光镊光源，高斯光束聚焦后形成的光阱的最佳工作区域在光束焦点附近，近年来许多学者在不断的探索使用各种各样的激光光源、设计不同的光路以实现对多种微粒和细胞的光学操控，但是多数技术都局限于对微粒的捕获和定向移动，限制了应用范围；同时，传统的光镊技术是通过提高入射激光功率来提高光镊的捕获力，捕获力提高的同时会对样品造成无法挽回的热损伤。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提出了一种飞秒激光旋转操控光镊的装置，目的在于能够对操作对象实现高精度、非接触、无损伤的旋转操控。
[0005]一种飞秒激光旋转操控光镊的装置包括飞秒脉冲激光器、光阑、衰减片、第一800nm全反射平面镜、涡旋光栅、第二 800nm全反射平面镜、第三800nm全反射平面镜、第四800nm全反射平面镜、分束器、第五800nm全反射平面镜、显微镜和载物台，
[0006]所述飞秒脉冲激光器发射的脉冲激光经光阑入射至衰减片，衰减片对脉冲激光进行光强衰减后将脉冲激光入射至第一 SOOnm全反射平面镜，第一 SOOnm全反射平面镜将脉冲激光全反射至涡旋光栅，
[0007]涡旋光栅将脉冲激光分为一级衍射光和零级光束，
[0008]一级衍射光经第二 800nm全反射平面镜和第三800nm全反射平面镜全反射至分束器，
[0009]零级光束经第四800nm全反射平面镜全反射至分束器，
[0010]一级衍射光和零级光束经分束器合束为干涉激光，
[0011]干涉激光经第五SOOnm全反射平面镜反射至显微镜的物镜，且干涉激光的光轴与显微镜的成像光路的光轴重合，干涉激光经显微镜的物镜入射至载物台上。
[0012]有益效果:本实用新型所提出的飞秒激光旋转操控光镊装置及方法是以飞秒激光显微操作为核心，将飞秒激光器输出的种子光经过光阑、衰减片、全反射平面镜和涡旋光栅后分为一级衍射光和零级光束，所述一级衍射光为涡旋飞秒激光束，一级衍射光和零级光束经两路全反射平面镜反射后通过分束器同轴叠加获得携带涡旋信息的光束，该光束经反射镜反射进入显微镜中，使其光轴与显微镜成像光路的光轴完全重合，在显微镜中，飞秒脉冲旋转臂与显微镜成像光路逆向传播，经高倍物镜紧聚焦，会聚成半径小于I微米的光斑，形成光学势阱，将目标微粒移至光学势阱中，实现对目标微粒的稳定捕获和旋转操纵，高重复率飞秒激光对粒子、细胞的稳定捕获以及旋转操控，对粒子的性质没有要求。能够更好的实现高精度、非接触、无损伤操控，为微机械马达等微纳器件操作的集成提供可能，可以广泛应用于微控制和生命领域。。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型所述的飞秒激光旋转操控光镊装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一、结合图1说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的一种飞秒激光旋转操控光镊的装置包括飞秒脉冲激光器1、光阑2、衰减片3、第一 SOOnm全反射平面镜4、涡旋光栅5、第二 800nm全反射平面镜6、第三800nm全反射平面镜7、第四800nm全反射平面镜8、分束器10、第五800nm全反射平面镜11、显微镜12和载物台13，
[0015]所述飞秒脉冲激光器I发射的脉冲激光经光阑2入射至衰减片3，衰减片3对脉冲激光进行光强衰减后将脉冲激光入射至第一 800nm全反射平面镜4，第一 800nm全反射平面镜4将脉冲激光全反射至涡旋光栅5，
[0016]祸旋光栅5将脉冲激光分为一级衍射光和零级光束，
[0017]—级衍射光经第二 800nm全反射平面镜6和第三800nm全反射平面镜7全反射至分束器10，
[0018]零级光束经第四800nm全反射平面镜8全反射至分束器10，
[0019]一级衍射光和零级光束经分束器10合束为干涉激光，
[0020]干涉光经第五800nm全反射平面镜11入射至显微镜12的物镜，且干涉激光的光轴与显微镜的成像光路的光轴重合，干涉激光经显微镜12的物镜入射至载物台13上。
[0021]本实施方式所述的飞秒激光旋转操控光镊装置是以飞秒激光显微操作为核心，将飞秒激光器输出的种子光经过光阑2、衰减片3、全反射平面镜和涡旋光栅后分为一级衍射光和零级光束，所述一级衍射光为涡旋飞秒激光束，一级衍射光和零级光束经两路全反射平面镜反射后通过分束器同轴叠加获得携带涡旋信息的光束，该光束经反射镜反射进入显微镜中，使其光轴与显微镜成像光路的光轴完全重合，在显微镜中，飞秒脉冲旋转臂与显微镜成像光路逆向传播，经高倍物镜紧聚焦，会聚成半径小于I微米的光斑，形成光学势阱，将目标微粒移至光学势阱中，实现对目标微粒的稳定捕获和旋转操纵。
[0022]本实施方式中，通过涡旋光栅产生携带有涡旋信息的光束，由于涡旋光束具有独特的光强分布，捕获光具有高于高斯捕获光束的轴向捕获能力。相对于使用高斯光束光镊，涡旋光束的施工可以在较小的入射激光功率调节下能够达到与高斯光束同样的轴向捕获力，能够更好的避免对被操控对象造成的热损伤。
[0023]涡旋光束光场分布不均匀通常携带轨道角动量，与普通高斯型激光光镊技术相比，携带轨道角动量的光束能够稳定捕获并旋转操控粒子，本方法和装置提出的将涡旋光束和平面光波通过干涉的方法获得的螺旋臂可以选择操控粒子，并且对粒子的性质没有要求，为微机械马达等微纳器件操作的集成提供可能。易于实现高精度、非接触、无损伤操控，因而特别适合于生命科学领域研宄。