一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法及装置，包括：特殊关联结构、粒子捕获模块和成像模块；所述特殊关联结构产生部分相干光束入射到粒子捕获模块，通过所述粒子捕获模块对部分相干光束进行强聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，并在成像模块上进行显示，同时通过调控部分相干光束构建模块对粒子进行操纵。纵。纵。

【技术实现步骤摘要】
一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法及装置


[0001]本公开属于微粒捕获和操纵的领域，具体涉及一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法及装置。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]光辐射力是由入射光被一个粒子作为一个整体散射时，光子与微粒之间的动量交换而产生的。Ashkin最伟大的作品之一是介电粒子的单束梯度力光学阱，其大小范围从米氏粒子到瑞利粒子。在这种光学阱中，需要一束强聚焦的激光束来获得稳定的单光束轴向阱。在1970年，Ashkin首次演示了如何利用辐射压力捕获和操纵微小颗粒。此后，关于粒子操纵的理论和实验论文大量发表，各种激光束的辐射力也得到了广泛的研究，这项新技术也被广泛应用于操纵各种粒子，如微介电粒子、中性原子、细胞、DNA分子和活的生物细胞等。目前，研究了高斯光束、瓶形光束、零阶贝塞尔光束、拉盖尔
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高斯光束、厄米
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高斯光束、倏逝场、径向偏振光束、高斯光束等的捕获特性，研究发现，激光束产生的辐射力与其束型、相干性和偏振性等光束特性密切相关。
[0004]但是，专利技术人发现现有的粒子捕获和操纵存在以下问题：
[0005](1)仅能对同一位置粒子进行捕获和操纵；
[0006](2)仅能对同一种粒子进行捕获和操纵；
[0007]因此，如果想要对多个位置的不同粒子进行捕获时，现有技术是无法实现的。

技术实现思路

[0008]本公开为了解决上述问题，提出了一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法及装置，本公开旨在利用特殊关联的部分相干光束的光束特性，通过对其特殊关联结构的调控对粒子进行捕获和操纵。特殊关联部分相干光展现出自聚焦，抗湍流等特性，将其通过焦透镜进行强聚焦，从而获得稳定的光学势阱来对粒子进行捕获，同时调控光束的特殊关联结构对其进行操纵。
[0009]第一方面，本公开提供了部分相干光束捕获和操纵粒子的装置；
[0010]部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，包括：
[0011]特殊关联结构、粒子捕获模块和成像模块；
[0012]所述特殊关联结构产生部分相干光束入射到粒子捕获模块，通过所述粒子捕获模块对部分相干光束进行强聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，并在成像模块上进行显示，同时通过调控部分相干光束构建模块对粒子进行操纵。
[0013]第二方面，本公开提供了部分相干光束捕获和操纵粒子的方法；采用上述部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，包括：将一束特殊关联结构的部分相干光通过透镜进行强
聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，同时通过调节特殊关联结构对粒子进行操纵。
[0014]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0015]本公开将一束特殊关联的部分相干光通过透镜进行强聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，从而同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，同时通过调控光束的关联结构对粒子进行操纵。
附图说明
[0016]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0017]图1是本实施例的产生拉盖尔非均匀关联结构的部分相干光的实验装置图；
[0018]图2是本实施例中聚焦光学系统示意图；
[0019]图3(a)是本实施例中拉盖尔非均匀关联光束的散射力强度在焦平面随阶数n的变化图；
[0020]图3(b)是本实施例中纵向梯度力随阶数n的变化图；
[0021]图3(c)、图3(d)和图3(e)是本实施例中分别对应A、O、B三点的横向梯度力随阶数n的变化图；
[0022]图3(f)是本实施例中当n＝2，rc2＝0.5mm时相对折射率大于1和小于1的两类粒子的纵向梯度力图；
[0023]图4(a)是本实施例中拉盖尔非均匀关联光束的散射力强度在焦平面随rc2的变化图；
[0024]图4(b)是本实施例中纵向梯度力随rc2的变化图；
[0025]图4(c)、图4(d)和图4(e)是本实施例中分别对应A、O、B三点的横向梯度力随rc2的变化图；
[0026]其中，1、氦氖激光器，2、光束扩展仪，3、线偏振片，4、空间光调制器，5、圆孔(CA1)，6、薄透镜(L1)，7、圆孔CA，8、准直透镜(L2)，9、高斯振幅滤波片(GAF)，10、CCD，11、电脑PC。
具体实施方式：
[0027]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0028]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030]在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]首先，为了证明具有特殊关联结构的部分相干光束的独特特性，构建了一种具有特殊关联结构的部分相干光束——拉盖尔非均匀关联(LNUC)光束。然后用这种光束实现对
粒子的捕获和操纵。
[0032]实施例一
[0033]本实施例提供了部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，包括：
[0034]特殊关联结构、粒子捕获模块和成像模块；
[0035]所述特殊关联结构产生部分相干光束入射到粒子捕获模块，通过所述粒子捕获模块对部分相干光束进行强聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，并在成像模块上进行显示，同时通过调控部分相干光束构建模块对粒子进行操纵。
[0036]作为一个或多个实施例，如图1所示，所述特殊关联结构包括：依次设置氦氖激光器、光束扩展仪、线偏振片、空间光调制器、第一圆孔、薄透镜、第二圆孔、准直透镜、高斯振幅滤波片；
[0037]进一步的，拉盖尔非均匀关联结构的部分相干光的产生过程为：一束从氦氖激光器出来的单色激光束，经过一个光束扩展仪(BE)，然后经过一个线偏振片(LP)，然后再经过一个空间光调制器(SLM)，SLM是一个用计算机全息法设计的相位光栅，然后用圆孔(CA1)选择全息图的一级衍射图样，接着从CA1出来的光再经过薄透镜(L1)，然后经过用于移除额外光线的圆孔CA2，然后再通过准直透镜(L2)和高斯振幅滤波片(GAF)，在GAF之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，包括：特殊关联结构、粒子捕获模块和成像模块；所述特殊关联结构产生部分相干光束入射到粒子捕获模块，通过所述粒子捕获模块对部分相干光束进行强聚焦，光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱，所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获，并在成像模块上进行显示，同时通过调控部分相干光束构建模块对粒子进行操纵。2.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述特殊关联结构包括：依次设置氦氖激光器、光束扩展仪、线偏振片、空间光调制器、第一圆孔、薄透镜、第二圆孔、准直透镜、高斯振幅滤波片；所述氦氖激光器产生单色激光束，经过光束扩展仪，然后再经过线偏振片投射到空间光调制器上，接着穿过第一圆孔的光经过薄透镜再穿过第二圆孔，依次经过准直透镜和高斯振幅滤波片产生部分相干光束。3.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述空间光调制器是一个用计算机全息法设计的相位光栅。4.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述第一圆孔筛选全息图的一级衍射图样。5.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述第二圆孔用于移除额外光线。6.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述粒子捕获模块为焦透镜，部分相干光束通过焦透镜会形成稳定的光学势阱，所述光学势阱对粒子进行捕获。7.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置，其特征在于，所述成像模块为计算机。8.根据权利要求1所述的部分相干光束捕...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖，刘永雷，蔺淑琴，蔡阳健，余佳益，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：