一种基于悬浮纳米微粒的真空光镊实验教学装置

1.本发明涉及真空光镊领域，具体涉及一种基于悬浮纳米微粒的真空光镊实验教学装置。


背景技术：

2.光镊是利用高度会聚的激光束形成三维势阱来俘获、操纵和控制微小颗粒的一项技术。与机械镊子相比，光镊是一种以非机械接触的方式来完成夹持和操纵物体的。现有的商业化或者教学方面的光镊装置主要被广泛引用在生物学领域，用来探测、操纵和定位生物系统或者测量微纳尺度细胞的机械性能。专利cn14299802a公开了一种基于液晶器件的光镊实验教学及科研装置，该装置包括光学部件支撑架及安装在光学部件支撑架上的光源模块、扩束模块、偏振控制模块、波前调制模块、缩束模块、聚焦模块、样品调整模块、显微模块以及监视记录模块。该装置中样品调整模块用于放置样品，光源模块产生光束，扩束模块放大光束，偏振控制模块产生各种偏振态的光束，波前调制模块利用液晶几何相位的原理实现对光束 波前的调制，缩束模块缩小光束，聚焦模块用于把携带特定相位的光束聚焦到样品上，用于放大微粒样品，监视记录模块实时监测和记录样品微粒的特定运动，波前调制模块利用具有图案化取向的图案化取向液晶波片对光束进行波前调制，让光束携带几何相位，再通过光束聚焦之后捕获微粒，在光束几何相位的驱使下实现微粒的特定运动。
3.真空光镊是一种能够在真空环境中稳定悬浮纳米微粒的技术，真空光镊系统中的机械振子可获得与外界环境近乎完全隔离的状态，具有超高灵敏度的探测能力，是精密测量和基础物理研究的理想平台。真空光镊已成为能够进行精密测量，微观热力学研究以及宏观量子性探索等工作的重要物理平台。发明专利cn112880912b公开了一种基于真空全系光镊的空间分辨压强测量系统及方法。包括真空腔、微纳粒子、光镊装置及反馈冷却装置、驱动电场装置、空间光调制器、偏振控制及检测装置和残余气体分析仪。激光从激光源出来经过第一分光镜入射到第一偏振分光镜发生透射，经空间光调制器反射调制、第一凸透镜透射汇聚后形成捕获光，捕获光照射微纳粒子处形成光阱捕获区域，捕获光经过微纳粒子后经第二凸透镜透射汇聚后入射到第二偏振分光镜发生反射和透射，第二偏振分光镜发生反射的光束入射到第一光电二极管；六个电极布置在光阱捕获区域周围。利用全息光镊的操控灵活性，结合微纳粒子的局部探测手段，可以实现高真空下微纳尺度空间分辨率的压强分布测量。
4.发明专利cn112880912b公开的一种基于真空全息光镊的空间分辨压强测量系统及方法。其探测方法是透射郭第二偏振分光镜pbs2的光束在第三分光镜bs3处和第二参考光源lo2射出的光进行合束，入射到四象限探测器探测进行外差干涉测量。这种外差干涉测量的方法需要额外的激光器，增加了系统成本，且不利于装置的小型化。另外其驱动电场装置是利用六个电极对微粒施加控制电场，这种电极装置电极系统复杂，对准精度要求高增加了系统的复杂性。
5.另外，在真空光镊领域，目前还不存在可用于教学科研、且操作简便的能够清晰展
示悬浮纳米微粒的真空光镊实验教学装置。现有的商用光镊仪器都是在液体环境下所使用，为了安全性和便携性，结构紧凑，且通过保护外壳封装，不利于学生了解真空光镊的工作原理，直观性差，光镊的大多数部件均已设计成型，可操作性差。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提出一种用于教学科研的基于悬浮纳米微粒的真空光镊装置，该装置能够实现悬浮纳米微粒进行单光束力阱稳定捕获，并实现悬浮纳米微粒在真空环境下运动信号的高时空探测，数据实时采集、处理并显示各项参数，通过本装置可实现悬浮纳米微粒捕获、悬浮纳米微粒运动信号探测、悬浮纳米微粒尺寸测量、电场测量等不同层次的实验教学及科研需求。
7.本发明的目的通过如下的技术方案来实现：一种基于悬浮纳米微粒的真空光镊实验教学装置，真空光镊装置包括捕获光路模块、真空系统模块、探测光路模块、信号处理及采集模块、电场电极模块、算法显示模块、摄像模块；所述真空系统模块包括真空腔，以及为所述真空腔抽取真空的设备；所述捕获光路模块用于产生捕获光路，入射所述真空腔，使得纳米微粒悬浮于捕获光的光阱中；所述探测光路模块用于探测纳米微粒散射的前向散射光，并由光探测器将光信号转换变成电信号；所述电场电极模块用于在所述真空腔中产生高频交变电场，并通过放电电极产生高压离子电，释放正电荷和负电荷，吸附在悬浮微粒表面，从而改变微粒的带电量；所述信号处理及采集模块用于采集所述探测光路模块的电信号，并对电信号处理后将结果发送给所述算法显示模块；所述算法显示模块用于根据电信号计算纳米微粒的半径和电压-位移的转换系数，以及实时的原始电压信号、功率谱密度的展示；所述摄像模块用于观测纳米微粒捕获的过程以及稳定悬浮的实时画面。
8.进一步地，所述捕获光路模块包括依次布置的激光器控制电源、激光头、半波片一、偏振分束器一、反射镜一、反射镜二、扩束系统负透镜、扩束系统凸透镜、反射镜三、反射镜四、捕获物镜；所述激光头用于发射激光；所述半波片一、偏振分束器一用于调节入射真空系统模块的光强；所述反射镜一、反射镜二、反射镜三、反射镜四实现对光束转向，从而使光束对准真空系统模块中的悬浮纳米微粒；所述扩束系统负透镜、扩束系统凸透镜用于对激光头发出的光束进行扩束；所述捕获物镜位于所述真空腔内，光束透射所述捕获物镜后被汇聚捕获纳米微粒。
9.进一步地，所述真空系统模块包括真空腔、波纹管、真空规、真空显示器、抽气阀、机械泵和放气阀，所述真空腔通过波纹管与所述真空规相连，所述真空显示器用于显示所述真空规采集的气压数据；所述真空腔还通过波纹管与所述机械泵相连，由所述机械泵为真空腔排出空气，形成真空环境；所述真空腔与所述机械泵之间的波纹管上还设置有抽气
阀；所述放气阀与所述真空腔连接。
10.进一步地，所述探测光路模块包括信号光收集物镜、半波片二、偏振分束器二、信号光汇聚透镜、四象限探测器；所述信号光收集物镜位于所述真空腔内，且与所述捕获物镜同光轴相对设置，用于收集纳米微粒散射的前向散射光；所述半波片二、偏振分束器二、信号光汇聚透镜、四象限探测器依次布置在真空腔的出射光路上，所述半波片二、偏振分束器二用于调节光强，所述信号光汇聚透镜将透射光汇聚后，由所述四象限探测器接收，所述四象限探测器将光信号转换变成电信号。
11.进一步地，所述信号处理及采集模块包括处理电路、数据采集卡、电压采集显示模块、直流电源；所述处理电路同时与数据采集卡、电压采集显示模块相连；所述电压采集显示模块用于显示所述四象限探测器中每个感光区的电压值；所述数据采集卡将采集的数据上传至算法显示模块。
12.进一步地，所述电场电极模块包括信号发生器、功率放大器、平行电极、等离子放电模块、放电电极，所述平行电极和放电电极均位于所述真空腔内，所述信号发生器产生特定频率正弦信号并由功率放大器放大功率后施加到两个平行电极上，产生高频交变电场；所述等离子放电模块与所述放电电极电连接，通过所述放电电极产生高压离子电，释放正电荷与负电荷，吸附在悬浮的纳米微粒表面，从而改变纳米微粒的带电量。
13.进一步地，所述算法显示模块包括电脑主机、显示器，用于将所述数据采集卡上传的数据进行功率谱密度计算、洛伦兹拟合操作，获取纳米微粒的半径和电压-位移的转换系数，以及实时的原始电压信号、功率谱密度的展示。
14.进一步地，真空光镊装置集成在一个可移动的机柜上，机柜分三层，所述捕获光路模块、探测光路模块中的光学元件和真空腔均被固定在一块光学平板上，并放置在机柜的最上方；真空系统模块、捕获光路模块、探测光路模块、信号处理及采集模块、电场电极模块中的驱动电源以及电子电路器件则放置在机柜的中层，这些驱动电源以及电子电路元件固定在一个可拉伸的抽板上；真空系统模块中的机械泵则置于机柜的最下层。
15.进一步地，所述半波片一和半波片二采用零级光胶波片，材料为石英，设计中心波长为1064nm；所述半波片一固定在一个可360
°
旋转的光学调整架上可实现对激光偏振方向的调节；所述四象限探测器固定在一个多维光学调整架上，实现四象限探测器的旋转以及上下左右方向的平移，以实现光路对准。
16.进一步地，所述信号光收集物镜为非球面单透镜，表面镀有增透膜。
17.本发明的有益效果如下：（1）该装置集成度高，便于移动，光路直观，操作便捷，系统集成度高、可拓展性强。实验内容超前新颖，满足真空光镊实验教学及科研的需求。
18.（2）该装置可以实现在常压下实现悬浮纳米微粒的稳定捕获及观测，可调节微粒所处的气压状态，实现微粒的电场调控，实现悬浮纳米微粒的高时空信号探测，实时采集及处理显示悬浮纳米微粒的各项参数。
19.（3）借助该装置可完成不同功能的实验，可满足不同层次的实验操作者进行实验调试、实验验证、数据采集。
附图说明
20.图1为基于悬浮纳米微粒的真空光镊实验教学装置的示意图。
21.图中，激光头1、半波片一2、偏振分束器一3、反射镜一4、反射镜二5、扩束系统负透镜6、扩束系统凸透镜7、反射镜三8、反射镜四9、真空腔10、捕获物镜11、信号光收集物镜12、半波片二13、偏振分束器二14、信号光汇聚透镜15、四象限探测器16、处理电路17、数据采集卡18、电脑主机19、显示器及键盘20、平行电极21、功率放大器22、信号发生器23、放电电极24、等离子放电模块25、波纹管26、真空规27、真空显示器28、抽气阀29、机械泵30、放气阀31、工业相机32、四象限电压显示模块33、直流电源34、激光器控制电源35。
具体实施方式
22.下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.如图1所示，本发明的用于教学科研的基于悬浮纳米微粒的真空光镊装置，包括捕获光路模块、真空系统模块、探测光路模块、信号处理及采集模块、电场电极模块、算法显示模块。
24.真空光镊实验教学装置分三层依次叠放，实验教学装置中的捕获光路模块、真空系统模块、探测光路模块放置在机柜的最上方，方便进行光路调试、抽气放气等实验操作；真空系统模块、捕获光路模块、探测光路模块、信号处理及采集模块、电场电极模块等模块中的驱动电源以及电子电路器件则放置在机柜的中层，这些驱动电源以及电子电路元件通过固定在一个可拉伸的抽板上，方便将器件抽出调试；真空系统模块中的真空泵则置于机柜的最下层，真空泵与机柜之间隔振垫，以减小抽气过程中真空泵的震动避免影响粒子的稳定捕获。
25.一、捕获光路模块捕获光路模块包括依次的激光器控制电源35、激光头1、半波片一2、偏振分束器一3、反射镜一4、反射镜二5、扩束系统负透镜6、扩束系统凸透镜7、反射镜三8、反射镜四9、捕获物镜11。
26.激光器1发射出激光先透射经过半波片2和偏振分束器一3，依次经过反射镜4和反射镜5反射，后透射通过扩束系统负透镜6和扩束系统凸透镜7，再依次经过反射镜8和反射镜9反射进入真空腔10。捕获物镜11位于所述真空腔10内，光束透射所述捕获物镜11后被汇聚捕获纳米微粒。
27.激光器1采用波长1064nm的红外连续激光器，激光器1的输出功率不小于1000mw，光斑直径1.2mm。半波片一2和半波片二13采用零级光胶波片，材料为石英，设计中心波长为1064nm。偏振分光棱镜镀有ar增透膜，透射率大于95%。半波片一2被固定在一个可360
°
旋转的光学调整架上可实现对激光偏振方向的调节，偏振分束器一3通过胶粘固定在固定架上，通过半波片一2和偏振分束器一3组成光功率的调节模块，从而控制光阱功率。反射镜一4、反射镜二5、反射镜三8、反射镜四9的基底为石英，表面镀有宽带介质膜，反射率大于99%，连续光损伤功阈值大于10kw/cm，它们都被安装在三维调整架上，便于实验者调节光路中激光光束的准直与耦合。捕获物镜11采用非球面单透镜，透镜直径不大于7mm，数值孔径不小于0.5，其表面镀有增透膜，反射率小于1%，捕获物镜11通过将激光进行紧聚焦，形成三维光势
阱实现悬浮微粒的稳定捕获。扩束系统负透镜6采用了焦距为-25mm的单透镜，表面镀有增透膜。扩束系统凸透镜7采用焦距75mm的单透镜，表面镀有增透膜。扩束系统负透镜6和扩束系统凸透镜7分别被安装在两个笼板中组成激光扩束系统，笼板通过4根笼杆连接，两笼板之间的间距可以调节，以满足捕获物镜11的工作口径以形成三维光势阱。
28.二、真空系统模块真空系统模块包括真空腔10、波纹管26、真空规27、真空显示器28、抽气阀29、机械泵30和放气阀31，真空腔10通过波纹管26与真空规27相连，真空显示器28用于显示真空规27采集的气压数据；真空腔10还通过波纹管26与机械泵30相连，由机械泵30为真空腔10排出空气，形成真空环境；真空腔10与机械泵30之间的波纹管26上还设置有抽气阀29；放气阀31与真空腔10连接。
29.真空腔10采用316l不锈钢材质，侧边共有八个法兰端口，其中有三个光学窗口，三个光学窗口中的两个相对的光学窗口是捕获光输入和信号光输出光学窗口，与这两个光学窗口垂直的第三个光学窗口是工业相机32的观察窗口。另外两个是电学窗口，三个机械连接端口，其中一个机械端口与放气阀31相连，另一个机械端口通过波纹管26与抽气阀29相连，抽气阀29又通过波纹管26与机械泵30相连。真空规27位于真空腔10和抽气阀29并通过波纹管与这两者相连接，真空规27与真空显示器28相连，通过真空显示器28显示当前真空腔10内的气压值。另外真空腔10的上方也有一个光学窗口，其通过o型圈密封，方便在常压下可通过该窗口投送微粒。
30.三、探测光路模块探测光路模块包括信号光收集物镜12、半波片二13、偏振分束器二14、信号光汇聚透镜15、四象限探测器16；信号光收集物镜12位于真空腔10内，且与所述捕获物镜11相对设置，用于收集纳米微粒散射的前向散射光。
31.经过微粒散射的前向散射光被信号光收集物镜12收集并准直后射出真空腔10，后透射通过半波片13和偏振分束器二14，并透射通过信号光汇聚透镜15，被四象限探测器16接收。四象限探测器16把光信号转换变成电信号。
32.信号光收集物镜12是非球面单透镜，焦距为12mm，数值孔径不小于0.5，表面镀有增透膜，信号光收集物镜12将经过悬浮微粒散射的光收集准直引出真空腔，捕获物镜11和信号光收集物镜12分别被安装在两个笼板中，笼板之间可通过笼杆或者机械定位等方式固定，便于拆卸以适应不同实验需求。信号光汇聚透镜15采用焦距为30mm的单透镜，表面镀有增透膜，四象限探测器16的探测波长范围为900nm~1700nm，有效探测直径为2mm，四象限探测器16被固定在一个多维光学调整架上，可以实现探测器旋转以及上下左右方向的平移，以实现光路对准。
33.四、信号处理及采集模块信号处理及采集模块包括处理电路17、数据采集卡18、电压采集显示模块33、直流电源34。四象限探测器16与处理电路17相连，并通过直流电源34供电，处理电路17同时与电压采集显示模块33和数据采集卡18相连，四象限探测器16分为a、b、c、d四个感光区，电压采集显示模块33会显示四象限探测器16中每个感光区的电压值。数据采集卡18则将采集上传至电脑主机19。
34.五、电场电极模块电场电极模块包括信号发生器23、功率放大器22、平行电极21、等离子放电模块25、放电电极24。
35.等离子放电模块25与放电电极24之间是通过真空腔10侧边的一个电学窗口相连接的。等离子放电模块25由三极管、高频变压器等组成，通过放电电极24产生高压离子电，释放正电荷与负电荷，吸附在悬浮微粒表面，从而改变微粒的带电量。
36.信号发生器23和功率放大器22相连，信号发生器23产生特定频率正弦信号并由功率放大器22放大功率施加到两个平行电极21上，产生高频交变电场。功率放大器22与平行电极21之间是通过真空腔10侧边的另一个电学窗口相连接的。平行电极21是采用两块方形的ito导电玻璃，其透过率为94%，该电极安装固定在电场结构固定件上，两块ito导电玻璃互相平行并紧靠在捕获物镜11的光束出射面，从而形成均匀的电场对带电悬浮纳米微粒施加驱动。
37.六、算法显示模块算法显示模块主要将信号采集卡18上传的数据进行功率谱密度计算、洛伦兹拟合等操作，获取微粒的半径和电压-位移的转换系数以及实时的原始电压信号、功率谱密度的展示。
38.七、摄像模块摄像模块主要为工业相机31，工业相机31与数据采集卡18相连，通过真空腔10的光学窗口观测被捕获的悬浮微粒，并将拍摄的数据发送给数据采集卡18。
39.本发明的真空光镊实验教学装置具有以下功能：在空气环境下实现纳米微粒的光学捕获，通过真空泵、抽气阀、放气阀可调节微粒所处的环境状态；获取纳米微粒在一定气压下的质心运动信号；根据质心运动信号解析出纳米微粒的尺寸，解析出纳米微粒在x或y轴向上质心运动的谐振频率、阻尼率等信息；可显示信号的电压功率谱密度，查看纳米微粒的信号尖峰以及电场对纳米微粒作用的频率及信号强度，可实时展示上述的各项参数信息。通过工业相机31可以清晰地观察纳米微粒捕获的过程以及稳定悬浮的实时画面。
40.本发明中采用的悬浮微粒运动探测方法的是基于四象限探测器16的零差检测方法。零差检测的原理是被捕获微粒的散射光与捕获光之间相互干涉，这种干涉会放大微弱的散射光信号；其远场干涉图样的强度分布会因为粒子位置的不同而发生变化。照射到四象限探测器光敏面的激光束是圆形光斑且能量分布均匀，当光束照射到四象限探测器表面时，若光束中心位于四象限探测器中心，各象限接收到的光功率相同，输出相等的光电流；若光束中心偏于四象限探测器中心，四个象限上由于光斑面积不同，接收到的光能量也会发生变化，从而产生不同强度的光电流，所以光电流的变化可以解算出光斑中心相对于探测器中心的位移变化。
41.下面分别给出采用本发明的真空光镊实验教学装置进行三个常规实验的实施例。
42.实验一利用本发明的装置产生的单光束光阱进行悬浮微粒的捕获通过该实验，直观认识到光阱稳定捕获悬浮微粒需要满足的最小捕获功率的理论值与实际值。
43.为了实现光阱稳定捕获纳米微粒，在其它参数确定的情况下，系统存在一个捕获纳米微粒需要的阈值功率，即理论捕获功率阈值功率p
min-theory
式中m=n
p
/ns为微粒对介质的相对折射率，n
p
和ns分别为纳米微粒和介质的折射率，w0是束腰，c是光速，kb为玻尔兹曼常数，t为温度，r是纳米微粒半径。
44.进行实验1的操作步骤如下：1. 打开激光器，将功率计探头放置在偏振分束器一3后面，旋转半波片一2，当功率计显示示数最大时停止旋转，记录下此时的数值，即为激光功率，测完后关闭激光器。
45.2.对激光进行准直，并与捕获物镜耦合。激光准直与物镜耦合步骤如下：（1）调节反射镜一4、反射镜二5使得激光大致从扩束系统负透镜6和扩束系统正透镜7之间的笼式结构的中心穿过；（2）将两个荧光对准板分别放置在笼杆的入射端和出射端处，荧光对准板的中心与笼式结构的中心重合，调节反射镜二5使激光在入射端荧光对准板中心，观察激光在出射端荧光对准板的位置以判断激光指向，反复调节反射镜二5和反射镜一4，使激光均在笼式结构入射端和出射端荧光对准板的中心。
46.（3）将扩束系统负透镜6和扩束系统正透镜7安装，并调节两透镜之间的间距，使得经过扩束之后的光斑大小与捕获物镜11的工作口径相当。
47.（4）同样地，将两个荧光对准板分别放置在反射镜四9与真空腔10之间的笼式结构的入射端和出射端，荧光对准板的中心与笼式结构的中心以及捕获物镜11的中心重合，调节反射镜四9使激光在入射端处荧光对准板中心，观察激光在出射端荧光对准板的位置，判断激光指向位置，反复调节反射镜四9和反射镜三8，最终激光在两荧光对准板的中心，关闭激光器。
48.3. 打开真空腔10的上端盖，将功率计探头伸入真空腔中，记录下功率计显示的数值，即为耦合后的捕获功率。
49.4. 用雾化器在真空腔内对着聚焦光束位置喷射纳米微粒，盖上真空腔10上方的光学窗口，通过工业相机32查看悬浮微粒。
50.5. 缓慢旋转半波片一2，并观察工业相机32，直至纳米微粒消失，打开真空腔10的上端盖，将功率计探头伸入真空腔10中，记录下功率计显示的数值，此时的数值为实测捕获阈值功率。
51.实验二利用本发明来实现悬浮微粒的运动信号的探测，并观测悬浮微粒的在不同捕获光阱功率下与悬浮微粒谐振频率之间的关系在真空光镊中，光阱中的微粒所受光阱力随距离增加而线性变化，因此光阱力可以类比为弹簧力。根据单光束光阱理论，可以得到光阱刚度k与系统参数有以下关系式中λ是激光波长，na是捕获物镜数值孔径，ε0是真空介电常数，p0是光阱激光光功率，α
΄
是微粒的极化率，c是光速。
52.由微粒质量可得，x轴上的谐振角频率与系统参数之间的关系为继而得到谐振频率ε
p
为微粒的介电常数，εs是周围介质的介电常数，w0是束腰，ρ是微粒密度。
53.由上式可知，光镊中微粒的谐振频率与捕获光阱功率的1/2方成正比关系。
54.实验二的主要操作步骤如下：1. 将功率计探头放置在偏振分束器一3后方，旋转半波片一2，当功率计显示示数最大时停止旋转，记录下此时的数值，即为激光总功率。
55.2.四象限探测器16与6通道电压采集显示模块33相连，四象限探测器16查看每个象限当前的电压值；3.调节y轴方向位移台，使得a加b象限的电压值与c加d象限的电压值相等；然后再调节x轴方向位移台，使得a加d象限的电压值与b加c象限的电压值相等；反复调节，直至a加b象限的电压值与c加d象限的电压值相等；a加d象限的电压值与b加c象限的电压值相等。信号探测光路调试完毕。
56.4. 打开真空显示器28，用雾化器在真空腔10内对着聚焦光束位置喷射纳米微粒，查看工业相机32，等待捕获纳米微粒。
57.5.待捕获纳米微粒后，打开抽气阀31，查看真空显示器28和监测的工业相机32中的微粒，当气压值到达预定气压后关闭抽气阀31并关闭机械泵30。
58.6. 将功率计探头放置在偏振分束器一3侧方，旋转半波片2，改变捕获光阱功率，通过算法显示模块查看微粒的功率谱密度曲线，依次记录不同激光功率下对应的悬浮微粒谐振频率。
59.实验三利用悬浮微粒实现电场的高精度测量该实验的主要操作步骤如下：1. 打开激光器1，在真空腔10中形成稳定的捕获光场，通过雾化器将微球送入真空腔10，等待光场捕获悬浮微粒。
60.2. 待捕获微粒后，打开抽气阀31，查看真空显示器28和监测相机中的微粒，当气压值到达预定气压后关闭抽气阀31并关闭机械泵30。
61.3. 通过算法显示模块查看微粒的功率谱密度曲线进行洛伦兹拟合，得到电压-位移转换系数，谐振频率以及阻尼率。
62.4.开启等离子放电模块25在放电电极24产生电晕放电使微粒带上电荷。
63.5.信号发生器23产生驱动信号，经过功率放大器22加载到平行电极21上，在x轴向形成交变电场。
64.6.提取x轴在驱动电压下的响应信号。重复放电过程可以更改微粒电荷量。确定最小台阶差异后，得到最后微粒所带电荷量。
65.7.测出在驱动电场作用下微粒的运动功率谱密度，以及在一定气压下，x轴向的位移功率谱密度，微粒带电荷量，施加的驱动电压幅值，频率， 根据步骤2中得到的各个参数值，可以得到微粒在x轴向所受的电场力。根据微粒的带电量，可以得到微粒所在位置处x轴向的电场强度。
66.本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。