專利名稱：一種捕獲高折射率微粒的裝置的制作方法
技術領域：
本 實用新型涉及一種捕獲高折射率微粒的裝置，屬于光學技術領域，用于對多個高折射率微粒進行光學捕獲、束縛和控制。
背景技術：
光學捕獲又稱光鑷，是一種新型的光學微操作技術。它將一束光用物鏡聚焦成微米級的光斑，形成梯度，來實現(xiàn)對微小粒子的捕獲和移動。這項技術被廣泛應用于各種微觀領域的研究，如在物理、化學、生物和醫(yī)學領域，它已成為深入研究介觀膠體系統(tǒng)的物理性質、活體細胞和生物大分子個體行為、探索生命運動規(guī)律的重要手段。1986年，Ashkin等人采用單束強光會聚在水溶液中成功地完成了對介質微粒的穩(wěn)定的三維光學捕獲。實驗中，激光束由顯微鏡物鏡會聚，在光束焦點附近形成穩(wěn)定的三維光學勢阱，稱為單光束梯度力光阱，利用它可以穩(wěn)定地捕獲和操縱粒子，使之隨光束焦點而移動，被形象地稱為光鑷。Ashkin等人的工作極大的推動了光學捕獲技術的研究和發(fā)展。 但是在上述工作中的光鑷只能針單個微粒的控制，不能同時控制多個微粒進行操作.2004 年，Yiqiong ^iao等人設計了一種準周期性的三維光鏈，能夠在靠近焦點的不同平面上對多個微粒進行穩(wěn)定的捕獲，但是這種光鏈不適合對高折射率的微粒進行操作，限制了它的使用對象。

實用新型內容本實用新型基于矢量衍射理論，公開了一種捕獲高折射率微粒的裝置，可以克服上述在先技術的光鑷只能針單個微粒的控制，不能同時控制多個微粒進行操作，或雖然能夠在靠近焦點的不同平面上對多個微粒進行捕獲，但不適合對高折射率的微粒進行操作等弊端。本實用新型通過光瞳濾波器對拉蓋爾高斯徑向偏振光TEMOl模的調制，不僅產生出一種對高折射微粒進行三維束縛的光鏈，此光鏈由多個焦點組成，具有對高折射微粒的靈活控制特性，而且焦點分布具有準周期性與均勻性等特點。一種捕捉高折射率微粒的裝置，包括相干光源發(fā)射部件、光束整形部件、起偏器、 偏振態(tài)調整裝置、相位型空間光調制器、復光瞳濾波器、二向色鏡、物鏡、樣品臺、目鏡、光電探測器、分析控制單元部件；所述的相干光源發(fā)射部件依次與擴束倍率可調的光束整形部件、起偏器和偏振態(tài)調整裝置光路連接；偏振態(tài)調整裝置產生的徑向偏振光依次與相位型空間光調制器、復光瞳濾波器和二向色鏡光路連接；二向色鏡與光束方向成45度夾角，二向色鏡對s光反射，對P光透射；反射的s光束依次與物鏡和樣品臺上的樣品光路連接，樣品反射的P光束依次通過物鏡、二向色鏡、目鏡，最后由光電探測器件接收；所述的光電探測器直接與分析控制單元連接，實現(xiàn)對微粒的控制。所述的相干光源發(fā)射部件為非相干光源與起偏器構成的相干光源、半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器的一種。所述的物鏡為孔徑大于0. 8的高數(shù)值孔徑物鏡。[0008]所述的光電探測器為光電二極管、雪崩管、光電倍增管、電荷耦合元件(CCD)中的一種。所述的分析控制單元為通用計算機、嵌入式計算機、數(shù)字信號處理器的一種。本實用新型設計的捕捉高折射率微粒的裝置，其工作過程為相干光源發(fā)射部件發(fā)射出光束，經過光束整形部件依次進入起偏器、偏振態(tài)調整裝置，實現(xiàn)徑向偏振光；出射的徑向偏振光光束通過相位型空間光調制器；通過調節(jié)相位實現(xiàn)拉蓋爾徑向偏振光束；出射的拉蓋爾徑向偏振光束通過復光瞳濾波器形成具有偏振態(tài)的光束，光束進入二向色鏡。 二向色鏡對S光反射，對P光透射，反射的S光束光路上通過物鏡聚焦于樣品表面，形成三維光鏈實現(xiàn)對微粒的控制；樣品反射的P光束依次通過物鏡、二向色鏡、目鏡，最后被光電探測器件接收。光電探測器直接與分析控制單元連接，實現(xiàn)對控制過程的分析。本實用新型設計的捕捉高折射率微粒的裝置，采用激光作為照明光源，經過調制獲得的拉蓋爾徑向偏振光，通過復光瞳濾波器調整了偏振態(tài)，經過高數(shù)值孔徑物鏡聚焦形成多焦點三維光鏈，可以實現(xiàn)同時對多個微粒進行捕獲控制，特別是可以對高折射率的微粒進行捕獲，具有多焦點性，均勻性等優(yōu)點。

圖1為本實用新型捕獲高折射率微粒的裝置的結構示意圖；圖2為復光瞳濾波器的結構示意圖；圖3為拉蓋爾高斯徑向偏振光經過復光瞳濾波器之后的特殊偏振態(tài)示意圖；圖4為拉蓋爾高斯徑向偏振光束經過高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后形成的三維光鏈示意圖。1、相干光源發(fā)射部件，2、光束整形部件，3、起偏器，4、偏振態(tài)調整裝置，5、相位型空間光調制器，6、復光瞳濾波器，7、二向色鏡，8、物鏡，9、樣品，10、目鏡，11、光電探測器，12、分析控制單元；圖3中箭頭為偏振態(tài)內外環(huán)的偏振方向。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。一種產生捕捉高折射率微粒光波的裝置如圖1所示，包括相干光源發(fā)射部件1、光束整形部件2、起偏器3、偏振態(tài)調整裝置4、相位型空間光調制器5、復光瞳濾波器6、二向色鏡7、物鏡8、樣品9、目鏡10、光電探測器11、分析控制單元12。實線為光路。相干光源發(fā)射部件1出射光束上依次設置有光束整形部件2、起偏器3和偏振態(tài)調整裝置4。偏振態(tài)調整裝置4出射的光束光路上依次設置有相位型空間光調制器5、復光瞳濾波器6和二向色鏡 7。二向色鏡7與光束方向成45度夾角，二向色鏡7對s光反射，對ρ光透射。反射的s光束光路上依次有物鏡8和樣品臺上的樣品9，樣品9反射的ρ光束依次通過物鏡10、二向色鏡7、目鏡10，最后被光電探測器件11接收。光電探測器件11直接與分析控制單元12連接，實現(xiàn)對微粒的控制。相干光源發(fā)射部件1為半導體激光器，光束整形部件2是擴束倍數(shù)可調的光束擴束光學部件，圖2中Γι，r2和r3分別是復光瞳濾波器6的各個圓的半徑，R為復光瞳濾波器 6的孔徑。偏振態(tài)調整裝置4為徑向偏振光產生裝置。分析控制單元12為通用計算機系統(tǒng)，光電探測器11為(XD，物鏡8孔徑為0. 95。[0019] 本實用新型裝置的工作過程為相干光源發(fā)射部件1發(fā)射出光束。經過光束整形部件2依次進入起偏器3、偏振態(tài)調整裝置4，實現(xiàn)徑向偏振光束；出射的徑向偏振光光束通過相位型空間光調制器5。通過調節(jié)相位實現(xiàn)拉蓋爾徑向偏振光束；出射的拉蓋爾徑向偏振光束通過復光瞳濾波器6形成具有如圖3所示偏振態(tài)的光束，圖3所示偏振態(tài)各環(huán)透過率分別為0，1，0，，內環(huán)與外環(huán)相隔π相位，偏振方向相反，光束進入二向色鏡7。二向色鏡7對s光反射，對ρ光透射，反射的s光束光路上通過物鏡8聚焦于樣品9表面，形成如圖4所示的三維光鏈，此光鏈是沿軸向分布的5個具有準周期性的均勻圓形光斑，實現(xiàn)對微粒的控制；樣品9反射的ρ光束依次通過物鏡8、二向色鏡7、目鏡10，最后被光電探測器件 11接收。光電探測器11直接與分析控制單元12連接，實現(xiàn)對整個控制過程的分析。
權利要求1.一種捕捉高折射率微粒的裝置，包括相干光源發(fā)射部件、光束整形部件、起偏器、偏振態(tài)調整裝置、相位型空間光調制器、復光瞳濾波器、二向色鏡、物鏡、樣品臺、目鏡、光電探測器、分析控制單元部件；其特征在于所述的相干光源發(fā)射部件依次與擴束倍率可調的光束整形部件、起偏器和偏振態(tài)調整裝置光路連接；偏振態(tài)調整裝置產生的徑向偏振光依次與相位型空間光調制器、復光瞳濾波器和二向色鏡光路連接；二向色鏡與光束方向成45 度夾角，二向色鏡對s光反射，對ρ光透射；反射的s光束依次與物鏡和樣品臺上的樣品光路連接，樣品反射的P光束依次通過物鏡、二向色鏡、目鏡，最后由光電探測器件接收；所述的光電探測器直接與分析控制單元連接，實現(xiàn)對微粒的控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種捕捉高折射率微粒的裝置，其特征在于所述的相干光源發(fā)射部件為非相干光源與起偏器構成的相干光源、半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種捕捉高折射率微粒的裝置，其特征在于所述的物鏡為孔徑大于0. 8的高數(shù)值孔徑物鏡。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種捕捉高折射率微粒的裝置，其特征在于所述的光電探測器為光電二極管、雪崩管、光電倍增管、電荷耦合元件中的一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種捕捉高折射率微粒的裝置，其特征在于所述的分析控制單元為通用計算機、嵌入式計算機、數(shù)字信號處理器的一種。
專利摘要一種捕捉高折射率微粒的裝置，包括相干光源發(fā)射部件、光束整形部件、起偏器、偏振態(tài)調整裝置、相位型空間光調制器、復光瞳濾波器、二向色鏡、物鏡、樣品臺、目鏡、光電探測器、分析控制單元；所述的相干光源發(fā)射部件依次與光束整形部件、起偏器、偏振態(tài)調整裝置、相位型空間光調制器、復光瞳濾波器和二向色鏡光路連接；二向色鏡與光束方向成45度夾角，二向色鏡對s光反射，對p光透射；反射的s光束依次與物鏡和樣品臺上的樣品光路連接，樣品反射的p光束依次通過物鏡、二向色鏡、目鏡，最后由光電探測器件接收；光電探測器直接與分析控制單元連接，實現(xiàn)對微粒的控制。本裝置具有對高折射微粒的靈活控制特性，且焦點分布具有準周期性與均勻性。
文檔編號G02B27/28GK202083830SQ20112016546
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者林朋飛, 滿忠勝, 田毅強, 翁曉羽, 黃猛 申請人:上海理工大學