专利名称：一种捕获高折射率微粒的装置的制作方法
技术领域：
本 实用新型涉及一种捕获高折射率微粒的装置，属于光学技术领域，用于对多个高折射率微粒进行光学捕获、束缚和控制。
背景技术：
光学捕获又称光镊，是一种新型的光学微操作技术。它将一束光用物镜聚焦成微米级的光斑，形成梯度，来实现对微小粒子的捕获和移动。这项技术被广泛应用于各种微观领域的研究，如在物理、化学、生物和医学领域，它已成为深入研究介观胶体系统的物理性质、活体细胞和生物大分子个体行为、探索生命运动规律的重要手段。1986年，Ashkin等人采用单束强光会聚在水溶液中成功地完成了对介质微粒的稳定的三维光学捕获。实验中，激光束由显微镜物镜会聚，在光束焦点附近形成稳定的三维光学势阱，称为单光束梯度力光阱，利用它可以稳定地捕获和操纵粒子，使之随光束焦点而移动，被形象地称为光镊。Ashkin等人的工作极大的推动了光学捕获技术的研究和发展。 但是在上述工作中的光镊只能针单个微粒的控制，不能同时控制多个微粒进行操作.2004 年，Yiqiong ^iao等人设计了一种准周期性的三维光链，能够在靠近焦点的不同平面上对多个微粒进行稳定的捕获，但是这种光链不适合对高折射率的微粒进行操作，限制了它的使用对象。
实用新型内容本实用新型基于矢量衍射理论，公开了一种捕获高折射率微粒的装置，可以克服上述在先技术的光镊只能针单个微粒的控制，不能同时控制多个微粒进行操作，或虽然能够在靠近焦点的不同平面上对多个微粒进行捕获，但不适合对高折射率的微粒进行操作等弊端。本实用新型通过光瞳滤波器对拉盖尔高斯径向偏振光TEMOl模的调制，不仅产生出一种对高折射微粒进行三维束缚的光链，此光链由多个焦点组成，具有对高折射微粒的灵活控制特性，而且焦点分布具有准周期性与均勻性等特点。一种捕捉高折射率微粒的装置，包括相干光源发射部件、光束整形部件、起偏器、 偏振态调整装置、相位型空间光调制器、复光瞳滤波器、二向色镜、物镜、样品台、目镜、光电探测器、分析控制单元部件；所述的相干光源发射部件依次与扩束倍率可调的光束整形部件、起偏器和偏振态调整装置光路连接；偏振态调整装置产生的径向偏振光依次与相位型空间光调制器、复光瞳滤波器和二向色镜光路连接；二向色镜与光束方向成45度夹角，二向色镜对s光反射，对P光透射；反射的s光束依次与物镜和样品台上的样品光路连接，样品反射的P光束依次通过物镜、二向色镜、目镜，最后由光电探测器件接收；所述的光电探测器直接与分析控制单元连接，实现对微粒的控制。所述的相干光源发射部件为非相干光源与起偏器构成的相干光源、半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器的一种。所述的物镜为孔径大于0. 8的高数值孔径物镜。[0008]所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管、电荷耦合元件(CCD)中的一种。所述的分析控制单元为通用计算机、嵌入式计算机、数字信号处理器的一种。本实用新型设计的捕捉高折射率微粒的装置，其工作过程为相干光源发射部件发射出光束，经过光束整形部件依次进入起偏器、偏振态调整装置，实现径向偏振光；出射的径向偏振光光束通过相位型空间光调制器；通过调节相位实现拉盖尔径向偏振光束；出射的拉盖尔径向偏振光束通过复光瞳滤波器形成具有偏振态的光束，光束进入二向色镜。 二向色镜对S光反射，对P光透射，反射的S光束光路上通过物镜聚焦于样品表面，形成三维光链实现对微粒的控制；样品反射的P光束依次通过物镜、二向色镜、目镜，最后被光电探测器件接收。光电探测器直接与分析控制单元连接，实现对控制过程的分析。本实用新型设计的捕捉高折射率微粒的装置，采用激光作为照明光源，经过调制获得的拉盖尔径向偏振光，通过复光瞳滤波器调整了偏振态，经过高数值孔径物镜聚焦形成多焦点三维光链，可以实现同时对多个微粒进行捕获控制，特别是可以对高折射率的微粒进行捕获，具有多焦点性，均勻性等优点。
图1为本实用新型捕获高折射率微粒的装置的结构示意图；图2为复光瞳滤波器的结构示意图；图3为拉盖尔高斯径向偏振光经过复光瞳滤波器之后的特殊偏振态示意图；图4为拉盖尔高斯径向偏振光束经过高数值孔径物镜聚焦后形成的三维光链示意图。1、相干光源发射部件，2、光束整形部件，3、起偏器，4、偏振态调整装置，5、相位型空间光调制器，6、复光瞳滤波器，7、二向色镜，8、物镜，9、样品，10、目镜，11、光电探测器，12、分析控制单元；图3中箭头为偏振态内外环的偏振方向。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。一种产生捕捉高折射率微粒光波的装置如图1所示，包括相干光源发射部件1、光束整形部件2、起偏器3、偏振态调整装置4、相位型空间光调制器5、复光瞳滤波器6、二向色镜7、物镜8、样品9、目镜10、光电探测器11、分析控制单元12。实线为光路。相干光源发射部件1出射光束上依次设置有光束整形部件2、起偏器3和偏振态调整装置4。偏振态调整装置4出射的光束光路上依次设置有相位型空间光调制器5、复光瞳滤波器6和二向色镜 7。二向色镜7与光束方向成45度夹角，二向色镜7对s光反射，对ρ光透射。反射的s光束光路上依次有物镜8和样品台上的样品9，样品9反射的ρ光束依次通过物镜10、二向色镜7、目镜10，最后被光电探测器件11接收。光电探测器件11直接与分析控制单元12连接，实现对微粒的控制。相干光源发射部件1为半导体激光器，光束整形部件2是扩束倍数可调的光束扩束光学部件，图2中Γι，r2和r3分别是复光瞳滤波器6的各个圆的半径，R为复光瞳滤波器 6的孔径。偏振态调整装置4为径向偏振光产生装置。分析控制单元12为通用计算机系统，光电探测器11为(XD，物镜8孔径为0. 95。[0019] 本实用新型装置的工作过程为相干光源发射部件1发射出光束。经过光束整形部件2依次进入起偏器3、偏振态调整装置4，实现径向偏振光束；出射的径向偏振光光束通过相位型空间光调制器5。通过调节相位实现拉盖尔径向偏振光束；出射的拉盖尔径向偏振光束通过复光瞳滤波器6形成具有如图3所示偏振态的光束，图3所示偏振态各环透过率分别为0，1，0，，内环与外环相隔π相位，偏振方向相反，光束进入二向色镜7。二向色镜7对s光反射，对ρ光透射，反射的s光束光路上通过物镜8聚焦于样品9表面，形成如图4所示的三维光链，此光链是沿轴向分布的5个具有准周期性的均勻圆形光斑，实现对微粒的控制；样品9反射的ρ光束依次通过物镜8、二向色镜7、目镜10，最后被光电探测器件 11接收。光电探测器11直接与分析控制单元12连接，实现对整个控制过程的分析。
权利要求1.一种捕捉高折射率微粒的装置，包括相干光源发射部件、光束整形部件、起偏器、偏振态调整装置、相位型空间光调制器、复光瞳滤波器、二向色镜、物镜、样品台、目镜、光电探测器、分析控制单元部件；其特征在于所述的相干光源发射部件依次与扩束倍率可调的光束整形部件、起偏器和偏振态调整装置光路连接；偏振态调整装置产生的径向偏振光依次与相位型空间光调制器、复光瞳滤波器和二向色镜光路连接；二向色镜与光束方向成45 度夹角，二向色镜对s光反射，对ρ光透射；反射的s光束依次与物镜和样品台上的样品光路连接，样品反射的P光束依次通过物镜、二向色镜、目镜，最后由光电探测器件接收；所述的光电探测器直接与分析控制单元连接，实现对微粒的控制。
2.根据权利要求1所述的一种捕捉高折射率微粒的装置，其特征在于所述的相干光源发射部件为非相干光源与起偏器构成的相干光源、半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器的一种。
3.根据权利要求1所述的一种捕捉高折射率微粒的装置，其特征在于所述的物镜为孔径大于0. 8的高数值孔径物镜。
4.根据权利要求1所述的一种捕捉高折射率微粒的装置，其特征在于所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管、电荷耦合元件中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种捕捉高折射率微粒的装置，其特征在于所述的分析控制单元为通用计算机、嵌入式计算机、数字信号处理器的一种。
专利摘要一种捕捉高折射率微粒的装置，包括相干光源发射部件、光束整形部件、起偏器、偏振态调整装置、相位型空间光调制器、复光瞳滤波器、二向色镜、物镜、样品台、目镜、光电探测器、分析控制单元；所述的相干光源发射部件依次与光束整形部件、起偏器、偏振态调整装置、相位型空间光调制器、复光瞳滤波器和二向色镜光路连接；二向色镜与光束方向成45度夹角，二向色镜对s光反射，对p光透射；反射的s光束依次与物镜和样品台上的样品光路连接，样品反射的p光束依次通过物镜、二向色镜、目镜，最后由光电探测器件接收；光电探测器直接与分析控制单元连接，实现对微粒的控制。本装置具有对高折射微粒的灵活控制特性，且焦点分布具有准周期性与均匀性。
文档编号G02B27/28GK202083830SQ20112016546
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者林朋飞, 满忠胜, 田毅强, 翁晓羽, 黄猛 申请人:上海理工大学