专利名称：光学微操纵系统及其操控方法
技术领域：
本发明与光学微操纵系统有关，特别是一种可调控波前相位式光学微操纵系统 及其操控方法。主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作 用等领域。
背景技术：
光学微操纵系统是指利用光学梯度力和散射力等光学力学效应操纵和捕获微小 颗粒的系统。光学微操纵系统可以捕获的颗粒可以从几个纳米到几十个微米，可以 是无生命颗粒，也可以为活体细胞或病毒等。对于光束浮起和捕获微小颗粒的研究 可以追逆到20世纪70年代，实现光浮起和捕获微小颗粒的系统由Ashkin课题组研 发成功，在1986年Optics Letters科技期刊上首先报道。自Ashkin研发光学微操 纵系统以来，光学微操纵技术得到了迅猛的发展，促进了很多领域大步发展，特别 是在生命科学领域，光学微操纵系统以其非接触式、无损探测的本质特性显示了巨 大的推动作用。但是如何对光学梯度力和散射力进行调整呢？目前公认为最有效的 方式是通过调节光的相位分布从而调节系统焦点区域光强分布得到可控的光陷阱分 布及变化，进而实现对光学梯度力和散射力的调整。基于这个理论，中国专利公开 号为CN1588177A的专利公开了一种可调控光镊子的装置，其手段就是通过可控三区 域相位调节器进行波前相位的调节，实现连续搬运微小颗粒，控制搬运距离和搬运 方向的功能。但是，由于这种操作的形式多样，相位调节与每种操作形式之间的对 应性也很复杂，颗粒本身和溶液也有一定的不确定性，经常会出现操作不到位或者 操作失误的情况，使得操作不准确，最关键是得不到及时的修正。造成光镊子在实 际应用过程中的诸多问题。
发明内容
本发明要解决的问题是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种可调控性好、
结构设计合理、能及时修正操作失误、集成显微观测系统、平行光束设计思想、功 能益于扩充、系统简洁模块化程度高的光学微操纵系统。
本发明要解决的问题还是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种操纵简单、 方法先进、能及时修正操作失误、实现操纵过程实施观测、直观可靠的光学微操纵 系统的操控方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了 一种光学微操纵系统，由 光源、分光器件、反射式相位调节器件、物镜组成，沿光源所发出光束的前进方向 依次设置有分光器件、反射式相位调节器件，其特点是还设置有光谱分光镜和显 微观测系统，所述光谱分光镜设置在分光器件的反射光路上，所述物镜设置在光谱 分光镜的反射光路上，所述显微观测系统设置在光谱分光镜反射光路的延长线上， 显微观测系统与物镜分别位于光谱分光镜的两侧。
本发明所述的显微观测系统由成像镜组、光电传感器和显示器件组成。 作为优选，本发明所述的分光器件为偏振分光镜和四分之一波片。 作为优选，本发明所述的光源与分光器件之间设置有括束器件。
本发明所述的光电传感器为电荷耦合器件、CMOS器件或光学成像微通道板。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还是提供了一种光学微操纵系统的
操控方法，其操控步骤为
a、 光源发出激光束穿过分光器件入射到反射式相位调节器件的工作面上；
b、 激光束被反射式相位调节器反射回分光器件，再被分光器件反射到光谱分光 镜上；
C、光谱分光镜将激光束反射到物镜，被物镜汇聚形成光阱；
d、 通过反射式相位调节器件调节激光束的波前相位，从而控制光阱进行光学微
操作；
e、 通过显微观测系统观察光阱的操作过程，并根据观察结果及时调节波前相位 来控制操作过程，实现光学微操纵系统的操控。
本发明所述的激光束入射到反射式相位调节器件工作面之前经过括束器件进行
括束。
本发明所述的激光束为线偏振光束、椭圆偏振光束、径向偏振光束、方位角偏 振光束、旋转矢量偏振光束中的一种。
本发明所述的显微观测系统为成像镜组和目镜或者成像镜组、光电传感器和显 示器件。
本发明具有以下优点或效果1、将显微观测系统通过光谱分光镜与光学微操纵 光路耦合，实现操纵过程实施观测；2、通过观测系统对操作进行随时调整，及时修 正操作偏差，提高了整个系统的稳定性和可操纵性，使得应用范围得到进一步延伸；
3、 光路采用平行设计思想，功能益于扩充，为日后的改进提供了良好的平台和基础。
4、 实现灵活的光学微操纵，使系统简洁，系统微操纵过程可控性好，调控便捷，灵 活性好。
图l为本发明实施例的示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释， 是本发明的比较好的应用形式，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
本实施例的以下部分描述了一种光学微操纵系统
如图1所示，光学微操纵系统包括光源6、括束器件5、偏振分光镜4、四分之 一波片3、反射式相位调节器件2、光谱分光镜IO、成像镜组7、 CMOS器件8、显示 器9和物镜11，光源6的正下方依次设置有括束器件5、偏振分光镜4、四分之一 波片3和反射式相位调节器件2,反射式相位调节器件2有控制器1进行控制，偏 振分光镜4的反射路径上设置有光谱分光镜10，物镜11设置在光谱分光镜10的正 下方，成像镜组7和CM0S器件8依次设置在光谱分光镜10的正上方，CM0S器件8 与显示器9相连。
本实施例的以下部分描述了一种光学微操纵系统的操控方法
光源6出射线偏振激光光束，经过括束器件5括束，射向偏振分光镜4;偏振 分光镜4对于入射偏振态光束透射，与入射光束偏振方向垂直的光束反射；光束依 次透过偏振分光镜4和四分之一波片3，由于四分之一波片3光轴方向与入射光束 偏振光向成45度角，透射四分之一波片3光束为圆偏振光束，被反射式相位调节器 件2反射返回，反射式相位调节器件2与控制器1连接，调控入射光束波前相位分 布，反射光束第二次经过四分之一波片3后，转化为线偏振光，偏振方向与光源6 出射光偏振方向垂直，所以被偏振分光镜4反射到光谱分光镜10，经过光谱分光镜 10，射向物镜11;光谱分光镜10对于光学微操纵光束反射，对于观测用光透射； 光束经过物镜11会聚在焦点区域形成光学微操纵光场分布，通过调控波前相位分 布，实现颗粒捕获、搬运、控制、旋转等操作；颗粒可以置于样品池12中，处于流 体环境中；光学微操纵过程图像经过会聚物镜ll、光谱分光镜IO，被成像镜组7成 像于CM0S器件8上，并在显示器件9上显示，可以根据显示出的光学微操纵过程进 行调控；CMOS器件8可以与控制器l集成，或由计算机等具有控制和处理能力的部 件代替，使所观测到的图像与控制过程连接，形成反馈。
在本实施例中，CMOS器件8还可以用电荷耦合器件或光学成像微通道板代替， 光源6发出的光束也可以是符合要求的椭圆偏振光束、径向偏振光束、方位角偏振 光束、旋转矢量偏振光束中的一种。
权利要求
1.一种光学微操纵系统，由光源、分光器件、反射式相位调节器件、物镜组成，沿光源所发出光束的前进方向依次设置有分光器件、反射式相位调节器件，其特征是还设置有光谱分光镜和显微观测系统，所述光谱分光镜设置在分光器件的反射光路上，所述物镜设置在光谱分光镜的反射光路上，所述显微观测系统设置在光谱分光镜反射光路的延长线上，显微观测系统与物镜分别位于光谱分光镜的两侧。
2、 根据权利要求1所述的光学微操纵系统，其特征是所述的显微观测系统由 成像镜组、光电传感器和显示器件组成。
3、 根据权利要求l、 2所述的光学微操纵系统，其特征是所述的分光器件为 偏振分光镜和四分之一波片。
4、 根据权利要求l、 2所述的光学微操纵系统，其特征是所述的光源与分光 器件之间设置有括束器件。
5、 根据权利要求2所述的光学微操纵系统，其特征是所述的光电传感器为电 荷耦合器件、CMOS器件或光学成像微通道板。
6、 一种光学微操纵系统的操控方法，其操控步骤为a、 光源发出激光束穿过分光器件入射到反射式相位调节器件的工作面上；b、 激光束被反射式相位调节器反射回分光器件，再被分光器件反射到光谱分光 镜上；c、 光谱分光镜将激光束反射到物镜，被物镜汇聚形成光阱；d、 通过反射式相位调节器件调节激光束的波前相位，从而控制光阱进行光学微 操作；e、 通过显微观测系统观察光阱的操作过程，并根据观察结果及时调节波前相位 来控制操作过程，实现光学微操纵系统的操控。
7、 根据权利要求6所述的光学微操纵系统的操控方法，其特征是所述的激光 束入射到反射式相位调节器件工作面之前经过括束器件进行括束。
8、 根据权利要求6所述的光学微操纵系统的操控方法，其特征是所述的激光 束为线偏振光束、椭圆偏振光束、径向偏振光束、方位角偏振光束、旋转矢量偏振 光束中的一种。
9、 根据权利要求6所述的光学微操纵系统的操控方法，其特征是所述的显微 观测系统为成像镜组和目镜或者成像镜组、光电传感器和显示器件。
全文摘要
本发明涉及一种光学微操纵系统及其操控方法。主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作用等领域。该系统由光源、分光器件、反射式相位调节器件、物镜组成，沿光源所发出光束的前进方向依次设置有分光器件、反射式相位调节器件，还设置有光谱分光镜和显微观测系统，所述光谱分光镜设置在分光器件的反射光路上，所述物镜设置在光谱分光镜的反射光路上，所述显微观测系统设置在光谱分光镜反射光路的延长线上，显微观测系统与物镜分别位于光谱分光镜的两侧。
文档编号G02B21/36GK101373267SQ20081012157
公开日2009年2月25日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者陈俊志, 高秀敏 申请人:高秀敏;陈俊志