专利名称：一种基于波前相位调制的光镊装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于应用光学技术领域，与聚焦光学系统焦点区域光强调节系统有关，特别是一种基于波前相位调制的光镊装置。主要应用于光学微操纵及光与物质相互作用等领域。
技术背景早在1970年贝尔实验室的A · Ashkin就利用多光束激光的三维势阱成功镊起并移动水溶液中的小玻璃珠。之后，这一激光镊起微粒的技术得到不断改进，所能捕获的粒子越来越小，1985年A · Ashkin开始采用单光束镊起细菌及病毒等微小生物体，1987 年利用1064纳米的激光成功镊起病毒。在其后的20年间这一技术得到广泛的应用和发展，派生出透镜光纤光镊、微透镜阵列光镊、全息阵列光镊等可以应用于某些特殊领域的远场光镊技术，并成为生物医学、化学、物理学、光谱学、微细加工等众多学科领域中的研究工具。在纳米技术和生命科学迅速发展的21世纪，做为这两个领域得力工具的光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。近些年来，两束光的相干模式又被利用来构成可调控的光镊子，并且可以通过改变两束光的频率差或光程差来连续地旋转被捕获的多个颗粒(K. Dholakia et al，“Simultaneous micromanipulation in multipleplanes using a self reconstructing light beam，，，Nature 2002，419，145，and “Creation and manipulation of three-dimensionaloptically trapped structures，，，Science 2002， 296, P1101-1103)，尽管此种构成光镊子的在先技术具有一定的优点，但是仍然存在以下不足1)可调控光镊子需要两束光源进行相干，形成干涉模式来构成光镊子，装置结构复杂，部件多。2)光镊子装置中被捕获的粒子通过开关光源或大幅度调整光强来实现颗粒的捕获和释放，控制方式灵活性差，甚至影响装置使用寿命。
发明内容本实用新型为了解决上述现有技术的问题，提供了一种部件少、光能量利用率高、 系统简洁的实现光镊的装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种实现光镊的装置，由光源发射部件、光束直径调节器、相位波前调节器、光学聚焦部件组成；光源发射部件出射光束方向上依次置有光束直径调节器、相位波前调节器和光学聚焦部件，其特点是所述的相位波前调节器是带有相位拓朴数的环形相位波前调节器。本实用新型所述的带有相位拓朴数的环形相位波前调节器是区域半径大小可变的部件。调节相位呈螺旋状变化，波前相位调节器的相对半径和拓扑数可调。本实用新型所述的带有相位拓朴数的环形相位波前调节器为可编程相位型空间光调制器、可编程液晶光学相位控制器件、光机电集成相位控制器件。本实用新型所述的光束直径调节器为光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件。作为优选，所述的光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件为伽利略型扩束镜或开普敦型扩束镜。 作为优选，所述的光源发射部件为氦氖激光器。作为优选，所述的光学聚焦部件为尼康平场复消色差物镜。本实用新型相对现有技术具有的优点和有益效果为1)只用一束光形成可以操控的光镊子，装置结构简单，部件少。2)光镊子装置中被捕获的粒子通过调节相位来实现颗粒的捕获和释放，控制方式灵活性好，装置使用寿命长。3)实现装置结构简单，操作方便，容易实现自动化。4)实现在颗粒所在位置处，可以方便地调节，不断地形成新的光镊子捕获颗粒，然后搬运到目的地。
图1为本实用新型实施例的系统结构示意图；图2为本实用新型实施例波前调节器示意图；图3为本实用新型实施例的光镊分布图；图4为本实用新型实施例的光镊分布图图5为本实用新型实施例的光镊分布图图6为本实用新型实施例的光镊分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述，以下实施例是本实用新型比较好的应用形式，但以下实施例不应看作是对本实用新型的限制。实施例本实施例的以下部分描述了一种实现光镊的装置如图1所示，本实用新型的实现光镊的装置包括氦氖激光器1、开普敦型扩束镜2、 可编程相位型空间光调制器3和尼康平场复消色差物镜4组成，开普敦型扩束镜2、可编程相位型空间光调制器3和尼康平场复消色差物镜4依次设置在氦氖激光器1的出光路径上。工作时，氦氖激光器1出射相干光束经过开普敦型扩束镜2，开普敦型扩束镜2对光束进行扩束，扩束后的激光束经过可编程相位型空间光调制器3，如图2所示，可编程相位型空间光调制器3对入射的激光束的波前相位分布进行了螺旋状相位变化调节，使相位分布呈现螺旋状相位变化，具有螺旋状相位波前的激光束经过尼康平场复消色差物镜4聚焦后，如图3-6所示，在焦点区域形成了的光镊。相位波前调节器是带有相位拓朴数的环形相位波前调节器，及光束经过相位波前调节器进行波前相位调节后，光束的波前具有拓扑分布，例如，选择相位拓扑分布为
，其中i为单位虚数…为光束横截面上的方向角坐标，m为相位拓朴数。环形相位波前指的是光束波前相位在具有相位拓扑分布同时还具有在横向呈现环带状分布。在使用带有相位拓朴数的环形相位波前调节器这一技术手段时，可以通过可编程相位型空间光调制器、可编程液晶光学相位控制器件和光机电集成相位控制器件来实现，例如，选择可编程相位型空间光调制器，可编程相位型空间光调制器是现有产品化的器件，国际著名品牌供应商包括H0L0EYE、BNS, HAMAMATSU等公司，分为反射式和透射式两种，均可以通过图形用户界面软件任意调节反射或透过光束的波前相位，本实用新型中将带有相位拓朴数的环形相位波前分布函数导入可编程相位型空间光调制器的图形用户界面软件，即可实现光束的带有相位拓朴数的环形相位波前分布，本实施例中采用的具体带有相位拓朴数的环形相位波前调节器为H0L0EYE公司型号为LC-R 2500空间光调制器。 本实用新型的关键是，用带有相位拓朴数的环形相位波前调节器调节激光束的波前相位的手段，实现形成光镊的目的。凡是采用本实用新型的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于波前相位调制的光镊装置，其装置由光源发射部件、光束直径调节器、相位波前调节器、光学聚焦部件组成；光源发射部件出射光束方向上依次置有光束直径调节器、 相位波前调节器和光学聚焦部件，其特征在于所述的相位波前调节器是带有相位拓朴数的环形相位波前调节器。
2.根据权利要求1所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的带有相位拓朴数的环形相位波前调节器是区域半径大小可变的部件。
3.根据权利要求1所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的带有相位拓朴数的环形相位波前调节器为可编程相位型空间光调制器、可编程液晶光学相位控制器件、光机电集成相位控制器件。
4.根据权利要求1所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的光束直径调节器为光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件。
5.根据权利要求5所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件为伽利略型扩束镜或开普敦型扩束镜。
6.根据权利要求1所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的光源发射部件为氦氖激光器。
7.根据权利要求1所述的基于波前相位调制的光镊装置，其特征在于所述的光学聚焦部件为尼康平场复消色差物镜。
专利摘要本实用新型涉及一种基于波前相位调制的光镊装置，属于应用光学技术领域，主要应用于光学微操纵及光与物质相互作用等领域。其装置由光源发射部件、光束直径调节器、相位波前调节器、光学聚焦部件组成；光源发射部件出射光束方向上依次置有光束直径调节器、相位波前调节器和光学聚焦部件，所述的相位波前调节器是带有相位拓朴数的环形相位波前调节器。本实用新型具有实现调控光镊、调控便捷、光能量利用率高、系统简洁等优点。
文档编号G02B27/09GK202018537SQ20112011986
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者李劲松, 郭玲 申请人:中国计量学院