微粒轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度更高。
[0024]與單光束自旋角動(dòng)量傳遞法光致旋轉(zhuǎn)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0025]1.本發(fā)明利用雙光束光阱技術(shù)實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)，主要利用捕獲光的散射力實(shí)現(xiàn)微粒的捕獲和旋轉(zhuǎn)，不需要對(duì)激光束進(jìn)行高度聚焦處理，不易損傷活體細(xì)胞。
[0026]2.本發(fā)明利用雙光束光阱技術(shù)實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)，可以通過(guò)改變兩束捕獲光的功率比控制被捕獲微粒在光軸上移動(dòng)，有效工作距離長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單方便。
[0027]3.基于雙光束光阱的光致旋轉(zhuǎn)技術(shù)，在原有單光束控制的基礎(chǔ)上，可以同時(shí)控制兩束捕獲光的功率和偏振狀態(tài)，控制精度高，且有利于微粒旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]參考圖1，本發(fā)明所述基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置，由一號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)100、二號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)200、照明系統(tǒng)300、樣品池400和轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)500組成。兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)100、200分別輸出功率相等、波長(zhǎng)不同的左旋和右旋圓偏振光，將這兩束左旋和右旋圓偏振光作為捕獲光輸入到樣品池400中并對(duì)準(zhǔn)，用于捕獲和旋轉(zhuǎn)雙折射材料微粒。在樣品池下方利用照明系統(tǒng)300提供照明，并在樣品池上方利用轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)500進(jìn)行觀察并測(cè)量微粒的旋轉(zhuǎn)速度。
[0031]所述一號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)100由激光器101、λ/2波片102、偏振分束鏡103、λ4波片104組成。激光器101發(fā)射的捕獲激光經(jīng)λ /2波片102和偏振分束鏡103后形成線(xiàn)偏振光，調(diào)節(jié)所述λ/2波片102的光軸用于改變?nèi)肷涞狡穹质R103激光的偏振狀態(tài)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)偏振分束鏡103出射線(xiàn)偏振光光強(qiáng)的目的，將出射的線(xiàn)偏振光經(jīng)入/4波片104，調(diào)節(jié)λ /4波片104使出射光變?yōu)樽笮龍A偏振光。
[0032]所述二號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)200由激光器201、λ /2波片202、偏振分束鏡203、λ /4波片204組成。二號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)200的裝置和一號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)100相同，但激光器201出射激光波長(zhǎng)與一號(hào)光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)100中激光器101的出射激光波長(zhǎng)應(yīng)不同，以防兩束捕獲光發(fā)生干涉影響雙折射材料微粒的捕獲，且其出射光為右旋圓偏振光。調(diào)節(jié)兩束捕獲光功率相等，將兩束捕獲光對(duì)準(zhǔn)并射入樣品池400中用于捕獲和旋轉(zhuǎn)雙折射材料微粒。
[0033]所述照明系統(tǒng)300由LED光源301和透鏡302組成，其主要作用是為樣品池400提供照明。樣品池400是裝載有雙折射微粒401的玻璃容器。
[0034]所述轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)500由物鏡501、雙色相濾光鏡502，CXD圖像傳感器503，λ /4波片504，偏振分束鏡505，透鏡506、光電探測(cè)器507、透鏡508和光電探測(cè)器509組成。雙折射材料微粒的散射光和照明光束經(jīng)物鏡501收集后被雙色相濾光鏡502分成兩束，其中一束為照明光，其傳輸方向不變，輸入到CCD圖像傳感器503中以方便對(duì)雙折射材料微粒的捕獲和旋轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行觀察，另一束為散射光，其傳輸方向偏轉(zhuǎn)90度后射入λ /4波片504，散射光包含左旋和右旋圓偏振光，當(dāng)雙折射材料微粒401發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，散射光所包含的左旋和右旋圓偏振光所占的比例也發(fā)生變化。左旋和右旋圓偏振光經(jīng)λ/4波片504后分別變?yōu)槠穹较蚧ハ啻怪钡木€(xiàn)偏振光，射入偏振分束鏡505，偏振分束鏡505將偏振方向互相垂直的線(xiàn)偏振光分開(kāi)，其中一束線(xiàn)偏振光傳播方向不變，經(jīng)透鏡508后輸入到光電探測(cè)器509中，另一束線(xiàn)偏振光的傳播方向偏轉(zhuǎn)90度后經(jīng)透鏡506后輸入到光電探測(cè)器507中，光電探測(cè)器507、509探測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)之比可表示散射光中左旋和右旋圓偏振光光強(qiáng)之比，由于左旋和右旋圓偏振光所占比例隨雙折射材料微粒的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，所述光強(qiáng)信號(hào)之比的變化周期即為雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)速就是其轉(zhuǎn)動(dòng)周期的倒數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于:該裝置由兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)、樣品池、照明系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)五個(gè)部分組成，其中兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別產(chǎn)生功率相同、波長(zhǎng)不同的左旋和右旋圓偏振光，所述兩束圓偏振光從透明樣品池兩側(cè)輸入并對(duì)準(zhǔn)，用于捕獲和旋轉(zhuǎn)雙折射材料微粒，在樣品池下方利用照明系統(tǒng)提供照明，并在樣品池上方利用轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行觀察并測(cè)量雙折射材料微粒的旋轉(zhuǎn)速度； 其中光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)由激光器、λ/2波片、偏振分束鏡和λ/4波片組成，激光器出射的連續(xù)激光經(jīng)λ/2波片和偏振分束鏡后形成線(xiàn)偏振光，所述線(xiàn)偏振光經(jīng)過(guò)λ/4波片，通過(guò)調(diào)節(jié)左右兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所述λ/4波片的光軸使其與所述線(xiàn)偏振光偏振方向的夾角分別為±45°，使得出射激光分別變?yōu)樽笮陀倚龍A偏振光，將所述左旋和右旋圓偏振光輸入到樣品池內(nèi)作為捕獲激光，對(duì)雙折射材料微粒進(jìn)行捕獲和旋轉(zhuǎn)控制； 樣品池是裝載有雙折射材料微粒的透明玻璃容器，照明系統(tǒng)由LED光源和聚焦透鏡組成，位于樣品池的下方，其主要作用是為樣品池提供照明； 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由物鏡、雙色相濾光鏡、CCD圖像傳感器、λ/4波片、偏振分束鏡、兩個(gè)透鏡和兩個(gè)光電探測(cè)器組成，利用位于樣品池上方的物鏡收集捕獲光在經(jīng)雙折射材料微粒散射后形成的散射光束以及從照明系統(tǒng)透過(guò)樣品池后的照明光束，并利用雙色相濾光鏡將散射光束和照明光束分開(kāi)，其中照明光束輸入到位于物鏡上方的CCD圖像傳感器中以便對(duì)雙折射材料微粒的捕獲和旋轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行觀察，散射光包含左旋和右旋圓偏振光，散射光經(jīng)雙色相濾光鏡后傳播方向偏轉(zhuǎn)90度，經(jīng)過(guò)λ /4波片將左旋和右旋圓偏振光變?yōu)閮墒穹较蛳嗷ゴ怪钡木€(xiàn)偏振光，再利用偏振分束鏡將兩束偏振方向相互垂直的線(xiàn)偏振光分開(kāi)，變?yōu)槠穹较虿蛔兊珎鞑シ较蚧ハ啻怪钡膬墒€(xiàn)偏振光，每束線(xiàn)偏振光均經(jīng)透鏡聚焦后，分別用光電探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，將兩個(gè)光電探測(cè)器探測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)相除，所得信號(hào)的變化周期就是雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)速就是其轉(zhuǎn)動(dòng)周期的倒數(shù)。2.一種如權(quán)利要求1所述基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置，其特征在于:兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出兩束捕獲激光的波長(zhǎng)均處在近紅外波段。3.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)并測(cè)量其轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下: 步驟一、裝配好如權(quán)利要求1所述基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置并調(diào)節(jié)左右兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別出射功率相同、波長(zhǎng)不同的左旋和右旋圓偏振光; 步驟二、將兩束圓偏振光輸入到樣品池中并對(duì)準(zhǔn)，捕獲并旋轉(zhuǎn)雙折射微粒，并借助光束照明系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中的CCD圖像傳感器進(jìn)行觀察； 步驟三、利用轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量微粒的旋轉(zhuǎn)速度:兩個(gè)光電探測(cè)器光強(qiáng)信號(hào)之比的變化周期即為雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，雙折射材料微粒的轉(zhuǎn)速就是其轉(zhuǎn)動(dòng)周期的倒數(shù)； 步驟四、利用兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變兩束捕獲光的光強(qiáng)和偏振狀態(tài)，從而改變微粒的位置和旋轉(zhuǎn)速度，并利用轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)微粒的旋轉(zhuǎn)速度的變化情況。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于光學(xué)微操縱系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙光束光阱實(shí)現(xiàn)光致旋轉(zhuǎn)的裝置及方法。該裝置由兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)、樣品池、照明系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)五個(gè)部分組成，其中兩套光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別產(chǎn)生功率相同、波長(zhǎng)不同的左旋和右旋圓偏振光，將兩束圓偏振光從透明樣品池兩側(cè)輸入并對(duì)準(zhǔn)，用于捕獲和旋轉(zhuǎn)雙折射材料微粒，在樣品池下方利用照明系統(tǒng)提供照明，并在樣品池上方利用轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行觀察并測(cè)量雙折射材料微粒的旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明具有控制精度更高、微粒的轉(zhuǎn)速更快、且穩(wěn)定性更好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G21K1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104900290
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510177650
【發(fā)明人】肖光宗, 陳鑫麟, 熊威, 劉海軍, 張瑩, 羅暉
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日