一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法

1.本发明涉及一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的技术，具体是一种利用激光辐照铌酸锂产生的空间电场与氧化锌微米棒之间的相互作用，从而实现氧化锌微米棒在二维平面内的移动及其在二维平面和三维空间的旋转。


背景技术：

2.微流控芯片技术是一种对微米尺度目标进行操控的一种技术。近年来，随着器件的小型化、集成化，微米尺度目标的操控已经成为研究的热点。然而，目前，针对微米级刚性目标的操控大都要求被操控目标具有规则的外形，对于不规则外形的刚性目标操控研究较少。本专利提出了一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法。首先，通过调整激光辐照位置，实现氧化锌微米棒在二维平面内的定向移动。其次，通过调整激光辐照氧化锌微米棒不同端面，实现氧化锌微米棒的定向旋转。最后，通过调整激光光强及微米棒的长度，可以实现微米棒在三维空间的定向旋转。这种操控技术在未来光子学集成芯片器件发展具有重要作用。
3.2005年，chiou p y等人在ito玻璃上面制备了一层氢化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon，a-si：h)薄膜。在外加电场的作用下，用激光进行照射，就会在芯片上得到非均匀电场，在此电场作用下他们完成了对细胞的操控。
4.2015年，flores-flores e等人将硅颗粒分散在水溶液中，然后利用激光辐照产生的温度梯度引起对流实现了对硅颗粒的捕获。这种操控模式比较单一且被操控目标具有规则生的几何外形。
5.2018年，lin l h等人将纳米ps小球颗粒分散到加有阳离子表面活性剂的水溶液中，由于阳离子表面活性剂吸附在颗粒表面，使颗粒带正电。然后利用聚焦激光辐照覆有金属薄膜的衬底，金属薄膜吸收激光热量产生温度梯度，而水溶液中阴阳离子的热迁移率不同，阳离子热迁移率高，远离温度高的区域，阴离子热迁移率低，留在原位。因此，在水溶液局部就产生一个电场，电场对颗粒施加库仑力，实现对纳米颗粒的操控。


技术实现要素：

6.目前已报道的微-纳尺寸目标操控方法仍面临诸多限制，如：被操控目标大多要具有规则外形，并且操控模式比较单一。针对上述问题，本发明提供一种简单、可靠的对氧化锌微米棒的操控方法，该方法利用激光辐照铌酸锂产生的空间电场控制氧化锌微米棒在二维平面内的移动和其在二维平面和三维空间的旋转，并且整个实验过程氧化锌微米棒的移动方向、移动位置和旋转角度均由激光调控，所以该方法具有操控精准、可靠性强的特点。
7.一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法，其特征在于：以铌酸锂芯片为衬底，以变压器油为环境媒介，将氧化锌微米棒分散在变压器油中。随后，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置于铌酸锂芯片上，利用激光辐照铌酸锂产生的空间电场与氧化锌微米棒之间的相互作用实现氧化锌微米棒的旋转。
8.根据权利要求1所述的一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法，其特征在于：通过改变激光辐照氧化锌微米棒的不同端面，可实现氧化锌微米棒在二维平面的顺时针旋转和逆时针旋转，并且旋转角度和速度可控。
9.根据权利要求1所述的一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法，其特征在于：通过调整激光光强或改变氧化锌微米棒的长度，成功实现氧化锌微米棒在三维空间的旋转。
10.与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，以单个铌酸锂片为衬底，利用激光辐照铌酸锂产生的空间电场与氧化锌微米棒之间的相互作用实现了微米棒的移动和旋转，并且通过改变激光辐照氧化锌微米棒的端面位置实现微米棒在二维平面内的顺时针旋转和逆时针旋转，并且旋转角度和速度可控，此外，通过调整激光光强或改变氧化锌微米棒的长度，实现了氧化锌微米棒在三维空间的旋转。其次，我们利用聚焦激光实现了不规则外形目标物主动、可靠的操控(移动和旋转)。
附图说明
11.图1为本发明利用聚焦激光辐照铌酸锂实现氧化锌微米棒移动和旋转的装置整体结构示意图。
12.图2为本发明利用聚焦激光辐照铌酸锂实现氧化锌微米棒在二维平面内移动的一种实施例(实施例1)过程图。
13.图3为本发明利用聚焦激光辐照铌酸锂实现氧化锌微米棒在二维平面顺时针旋转的一种实施例(实施例2)过程图。
14.图4为本发明利用聚焦激光辐照铌酸锂实现氧化锌微米棒在二维平面逆时针旋转的一种实施例(实施例3)过程图。
15.图5为本发明利用聚焦激光辐照铌酸锂实现氧化锌微米棒三维空间旋转的一种实施例(实施例4)过程图。
具体实施方式
16.下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明
17.本发明公开了一种光实时可控的氧化锌微米棒旋转的方法，该装置包括：激光器1、电子快门2、激光反射镜3、聚焦物镜4、铌酸锂芯片5、背景光源6、滤光片7、ccd相机8。
18.本发明公开了一种光实时可控氧化锌微米棒旋转的方法，该方法的操作步骤为：将氧化锌微米棒分散在绝缘媒介中(变压器油)，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置在铌酸锂芯片5上，然后利用步进电机调整物镜位置使入射激光准确的聚焦在铌酸锂片上，利用ccd相机捕获清晰的物像；调节激光器功率，打开电子快门，激光经激光反射镜反射进入聚焦物镜并聚焦于铌酸锂芯片上，激光辐照铌酸锂产生空间电场，氧化锌微米棒在空间电场的作用下进行移动和旋转，通过改变激光辐照氧化锌微米棒端面位置可以实现微米棒在二维平面内定向移动和定向旋转，并且移动方向、移动位置及旋转角度均可控。此外，通过调整激光光强或改变氧化锌微米棒长度，可以实现氧化锌微米棒在三维空间的旋转。
19.综合上述并考虑元件的成本以及观测效果，各参数的优选范围是：激光器1波长为400～500nm，背景光源6选用卤素灯；物镜4放大倍率为100倍。为保证光的正确传播和测量精度，光路上所有光学元件和电子器件均固定在刚性连接架上。
20.本发明方案的工作原理：激光辐照铌酸锂产生的空间电场与氧化锌微米棒之间相互作用，激光的辐照位置不同，氧化锌微米棒的受力模式也会不同。因此，通过调整激光辐照位置可以实现了氧化锌微米棒在二维平面内的定向移动和定向旋转。此外，通过调整激光光强或改变氧化锌微米棒的长度，也可以改变氧化锌微米棒的受力模式。通过调控这些参量，微米棒在三维空间的旋转也成功实现。
21.下面给出本发明利用聚焦激光实现氧化锌微米棒旋转的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本技术权利要求的保护范围。
22.实施例1
23.使用473nm激光器，激光功率为100μw，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为100倍，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置于铌酸锂片上，氧化锌微米棒的长度为20微米。激光辐照在氧化锌微米棒的周围，通过电机调整激光辐照位置，实现了氧化锌微米棒由于激光辐照位置改变造成的移动。
24.实施例2
25.使用473nm激光器，激光功率为100μw，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为100倍，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置于铌酸锂片上，氧化锌微米棒的长度为20微米。通过电机调整激光辐照位置，首先，激光辐照氧化锌微米棒的其中一个端面，实现了氧化锌微米棒的顺时针旋转。
26.实施例3
27.使用473nm激光器，激光功率为100μw，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为100倍，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置于铌酸锂片上，氧化锌微米棒的长度为20微米。调节物镜位置，打开电子快门，激光辐照氧化锌微米棒的另一个端面，实现了氧化锌微米棒的逆时针旋转。
28.实施例4
29.使用473nm激光器，激光功率为100μw，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为100倍，将分散有氧化锌微米棒的变压器油放置于铌酸锂芯片上，氧化锌微米棒的长度为12微米。调节激光辐照位置，使聚焦激光辐照氧化锌微米棒的其中一个端面，实现了氧化锌微米棒在三维空间的旋转。