一种表面等离激元光镊装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术适用于近场光学技术领域，提供表面等离激元光镊装置，包括激发光单元、表面等离激元激发单元和扫描控制及监测单元，表面等离激元激发单元包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向旋转的微纳结构溶液置于玻片的表面；激发光单元用于产生涡旋光束并入射至表面等离激元激发单元；表面等离激元激发单元用于利用涡旋光束分别在金属膜和微纳结构溶液的水界面上激发会聚的表面等离激元涡旋光场，通过表面等离激元涡旋光场对微纳结构溶液中的微纳结构进行动态操控和定向旋转；扫描控制及监测单元用于对微纳结构的动态操控和定向旋转进行实时监测。本实用新型专利技术实施例能够实现微纳结构在表面等离激元涡旋光场中定点的稳定捕获和动态操纵。

A surface plasmon optical tweezers device

The utility model is suitable for the field of near-field optics and provides a surface plasmon optical tweezers device, which comprises an excitation light unit, a surface plasmon excitation unit and a scanning control and monitoring unit. The surface plasmon excitation unit comprises a slide coated with a metal film and a solution of micro-nano structure to be dynamically manipulated and directionally rotated. The surface plasmon excitation unit is used to excite the converging surface plasmon vortex light field on the water interface of the metal film and the micro-nano structure solution by the vortex light beam. The scanning control and monitoring unit is used to monitor the dynamic manipulation and directional rotation of micro-and nano-structures in real-time. The embodiment of the utility model can realize stable capture and dynamic manipulation of a micro-nano structure at a fixed point in a surface plasmon vortex light field.

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离激元光镊装置
本技术属于近场光学
，尤其涉及一种表面等离激元光镊装置。
技术介绍
光学涡旋OV(OpticalVortices)是一种拥有螺旋相位和轨道角动量(OrbitalAngularMomenturn，OAM)的特殊光束，由于其独特性质近年来成为一个研究的热点。光学涡旋光镊技术一直广泛应用于对微观物质的光学操纵领域，其作用可类似于一个光学扳手。近年来，基于微纳结构--金属膜结构的等离激元结构在包括纳米技术、微加工/制作、光谱学、传感、催化、生物技术以及医药科学等领域具有非常重要的研究价值和现实意义。在传统的激光光镊中，如纳米线或纳米棒的微纳结构在光场中通常会受到两种力的作用，即由纳米线周围光强分布不均匀产生的梯度力，该梯度力一般表现为吸引力，和由纳米线对光的散射与吸收产生的散射力，该散射力一般表现为排斥力。当光镊对其产生的吸引力大于排斥力时，微纳结构就会被光镊系统捕获。在现有技术中，金属微纳结构由于在激光光镊中受力不均匀且难以控制，因而难以实现对其在三维空间内的稳定捕获与定向旋转操控。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种表面等离激元光镊装置，旨在解决现有技术中，金属微纳结构在激光光镊中受力不均匀且难以控制，难以实现对其在三维空间内的稳定捕获与定向旋转操控的问题。本技术是这样实现的，一种表面等离激元光镊装置，包括激发光单元、表面等离激元激发单元和扫描控制及监测单元，所述表面等离激元激发单元包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向旋转的微纳结构溶液置于所述玻片的表面；所述激发光单元，用于产生涡旋光束，并将所述涡旋光束入射至所述表面等离激元激发单元；所述表面等离激元激发单元，用于利用所述涡旋光束分别在所述金属膜和所述微纳结构溶液的水界面上激发会聚的表面等离激元涡旋光场，通过所述表面等离激元涡旋光场对所述微纳结构溶液中的微纳结构进行动态操控和定向旋转；所述扫描控制及监测单元，用于对所述微纳结构的动态操控和定向旋转进行实时监测。进一步地，所述激发光单元包括激光器、透镜组、偏振片、第一波片组、反射镜和第二波片组：激光器，用于产生预置波长的激光光束，并将所述激光光束入射至所述透镜组；所述透镜组，用于对入射的激光光束进行扩束准直，将准直得到的平行光入射至所述偏振片；所述偏振片，用于对所述平行光进行偏振调制，将偏振得到偏振光入射至所述第一波片组；所述第一波片组，用于将所述偏振光调制为圆偏振涡旋光束，将得到的圆偏振涡旋光束入射到所述反射镜；所述反射镜，用于将所述圆偏振涡旋光束反射入所述第二波片组；所述第二波片组，用于对所述圆偏振涡旋光束进行调制得到带有更高阶拓扑荷的涡旋光束，并将所述涡旋光束入射至所述表面等离激元激发单元。进一步地，所述表面等离激元激发单元包括分束器、高数值孔径物镜、扫描平台、镀有金属膜的玻片，所述镀有金属膜的玻片放置在所述扫描平台上；所述分束器，用于将所述涡旋光束分成第一光束和第二光束，将所述第一光束入射至所述高数值孔径物镜；所述高数值孔径物镜，用于将所述第一光束入射到所述镀有金属膜的玻片，使得所述第一光束在所述金属膜和所述微纳结构溶液的水界面上激发所述表面等离激元涡旋光场，还用于将所述微纳结构溶液的反射光进行耦合，耦合后得到的耦合光经所述分束器反射入所述扫描控制及监测单元；所述扫描平台，用于动态调控激发所述表面等离激元涡旋光场及操控所述微纳结构的位置。进一步地，所述扫描控制及监测单元包括滤光片、图像传感器CCD和计算机；所述滤光片，用于对所述耦合光进行滤光，将滤光后的耦合光传输到所述图像传感器CCD进行成像；所述计算机，分别与所述图像传感器CCD和所述扫描平台相连接，用于实时显示所述图像传感器CCD的成像图像，还用于控制所述扫描平台的移动。进一步地，所述第一波片组包括四分之一波片和涡旋波片。进一步地，所述第二波片组包括四分之一波片和涡旋波片。本技术与现有技术相比，有益效果在于：本技术实施例提供的表面等离激元激发单元包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向旋转的微纳结构溶液置于所述玻片的表面，激发光单元产生涡旋光束，该涡旋光束入射至表面等离激元激发单元后，分别在所述金属膜和所述微纳结构溶液的水界面上激发会聚的表面等离激元涡旋光场，通过所述表面等离激元涡旋光场对所述微纳结构溶液中的微纳结构进行动态操控和定向旋转，扫描控制及监测单元对所述微纳结构的动态操控和定向旋转进行实时监测。本技术实施例利用表面等离激元涡旋光场的近场电磁场增强和局部特性，能够增强介质及金属微纳结构在光场中受到的吸引力，同时利用涡旋光束的轨道角动量特性来增加调制金属微纳结构在光场中受力的维度，从而实现微纳结构在表面等离激元涡旋光场中定点的稳定捕获和动态操纵。附图说明图1是本技术实施例提供的一种表面等离激元光镊装置的结构示意图；图2是本技术实施例提供的一种表面等离激元光镊装置的详细结构示意图；图3是本技术实施例提供的表面等离激元涡旋光场能流示意图；图4是本技术实施例提供的表面等离激元涡旋操作微纳结构的示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。表面等离激元是一种局域在金属表面由自由电子与入射光子相互耦合共振所形成的一种混合激发模式，具有近场增强及表面局域的特性。近年来关于表面等离激元的研究发现，由于表面等离激元的近场电磁场增强和局域特性，能够增强对介质及金属微纳结构在光场中受到的吸引力，而利用涡旋光束的轨道角动量特性可增加调制金属微纳结构在光场中受力的维度，能够实现包括纳米线或纳米棒在表面等离激元场中定点的稳定捕获与动态操纵。而新型的表面等离激元光镊装置，能够实现对多种微纳结构的稳定捕获和动态操纵。利用线偏振光束经高数值孔径物镜会聚于金属膜表面激发产生表面等离激元涡旋光场，沿金属膜表面向光轴中心传播，并在中心处干涉产生两个强度极高、沿偏振方向对称分布的虚拟探针，微纳结构在表面等离激元场中会受到一个指向中心的极强的梯度力作用，将其吸引到中心位置，基于表面等离激元涡旋光场强度的非均匀分布，微纳结构两侧受力不均匀从而导致力矩的作用，可实现对其方向的调制。这种表面等离激元光镊对于多种材料、多种尺寸的纳米线(棒)结构都有很好的作用。基于上述表面等离激元光镊技术，进一步实现对微纳结构进行精确定位、以及连续的定向旋转操控，可以进一步实现对微流体进行微搅拌等功能，在纳米技术、微加工/制作、光谱学领域具有非常重要的研究价值和现实意义。通过改变紧聚焦激发光的位相激发表面等离激元涡旋场，该表面等离激元涡旋光场的波矢方向沿圆周方向，由于表面等离激元涡旋光场SPP(SurfacePlasmonPolaritons)的光学力作用，微纳结构的两侧受力不平衡而实现定点连续定向旋转操控，达到微搅拌的功能。基于上述原理，本技术实施例提供了如图1所示的一种表面等离激元光镊装置，包括激发光单元101、表面等离激元激发单元102和扫描控制及监测单元103，表面等离激元激发单元102包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面等离激元光镊装置，其特征在于，包括激发光单元、表面等离激元激发单元和扫描控制及监测单元，所述表面等离激元激发单元包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向旋转的微纳结构溶液置于所述玻片的表面；所述激发光单元，用于产生涡旋光束，并将所述涡旋光束入射至所述表面等离激元激发单元；所述表面等离激元激发单元，用于利用所述涡旋光束分别在所述金属膜和所述微纳结构溶液的水界面上激发会聚的表面等离激元涡旋光场，通过所述表面等离激元涡旋光场对所述微纳结构溶液中的微纳结构进行动态操控和定向旋转；所述扫描控制及监测单元，用于对所述微纳结构的动态操控和定向旋转进行实时监测。

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元光镊装置，其特征在于，包括激发光单元、表面等离激元激发单元和扫描控制及监测单元，所述表面等离激元激发单元包括镀有金属膜的玻片，待进行动态操控和定向旋转的微纳结构溶液置于所述玻片的表面；所述激发光单元，用于产生涡旋光束，并将所述涡旋光束入射至所述表面等离激元激发单元；所述表面等离激元激发单元，用于利用所述涡旋光束分别在所述金属膜和所述微纳结构溶液的水界面上激发会聚的表面等离激元涡旋光场，通过所述表面等离激元涡旋光场对所述微纳结构溶液中的微纳结构进行动态操控和定向旋转；所述扫描控制及监测单元，用于对所述微纳结构的动态操控和定向旋转进行实时监测。2.如权利要求1所述的表面等离激元光镊装置，其特征在于，所述激发光单元包括激光器、透镜组、偏振片、第一波片组、反射镜和第二波片组：激光器，用于产生预置波长的激光光束，并将所述激光光束入射至所述透镜组；所述透镜组，用于对入射的激光光束进行扩束准直，将准直得到的平行光入射至所述偏振片；所述偏振片，用于对所述平行光进行偏振调制，将偏振得到偏振光入射至所述第一波片组；所述第一波片组，用于将所述偏振光调制为圆偏振涡旋光束，将得到的圆偏振涡旋光束入射到所述反射镜；所述反射镜，用于将所述圆偏振涡旋光束反射入所述第二波片组；所述第二波片组，用于对所述圆偏振涡旋光束进行调制得到带有更高阶拓扑荷的涡旋光束，并将所述涡旋光...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹立伟，张聿全，闵长俊，步敬，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东,44