【技术实现步骤摘要】
一种稳定双光束光阱中被捕获微球位置的方法
本专利技术属于光学微操控
，涉及一种稳定双光束光阱中被捕获微球位置的方法。
技术介绍
真空光阱中的微球可获得与外界环境近乎完全隔离的状态，具有超高灵敏度的传感能力，是精密测量和基础物理研究的理想平台。然而，真空环境下光阱中被捕获微球受到的阻尼极小，呈现出近似正弦运动，强惯性作用容易使其从光阱中逃逸，反馈控制是真空环境中实现长时间稳定捕获的必要措施。通常热平衡状态下微球质心运动机械能可等效为开尔文温度值，因而微球质心运动的反馈控制也常被称为质心运动等效温度的反馈冷却。在真空环境双光束光阱中，微球所受散射力可以相互抵消，可捕获微球的尺寸范围比较广泛，并具有工作距离长、线性范围宽、无需紧汇聚光束等优势。若被捕获微球为介质微球，常用的反馈冷却措施为光动量反馈冷却方案，其基本原理如附图1所示，在双光束光阱中，通过高频探测器测量被捕获微球的位移后解析得到微球运动的瞬时速度，分别使用三束传播方向彼此正交、功率极弱的激光束来产生与微球速度方向相反的光阻尼，以抑制微球质心的运动，从而达到...
【技术保护点】
1.一种稳定双光束光阱中被捕获微球位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，建立直角坐标系O-XYZ，引入探测光束：/n在空气环境功率相同、相向传输的双基模高斯激光束形成的双光束光阱中，被捕获微球只存在单个稳定平衡点，以双光束中心平衡位置为原点O，双光束轴向为Z轴，双光束横向为X轴和Y轴，建立直角坐标系O-XYZ；/n在X轴或Y轴上采用另一准直型基模高斯激光束，使其汇聚到微球捕获区域作为被捕获微球位置的探测光束；/n记所述双光束光阱中微球半径为r，所述双光束光阱的单侧捕获激光，其功率为P
【技术特征摘要】
1.一种稳定双光束光阱中被捕获微球位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立直角坐标系O-XYZ，引入探测光束：
在空气环境功率相同、相向传输的双基模高斯激光束形成的双光束光阱中，被捕获微球只存在单个稳定平衡点，以双光束中心平衡位置为原点O，双光束轴向为Z轴，双光束横向为X轴和Y轴，建立直角坐标系O-XYZ；
在X轴或Y轴上采用另一准直型基模高斯激光束，使其汇聚到微球捕获区域作为被捕获微球位置的探测光束；
记所述双光束光阱中微球半径为r，所述双光束光阱的单侧捕获激光，其功率为P0，其束腰半径为ω01，且满足1.5r≤ω01≤5r，所述探测光束束腰半径为ω02，且满足1.1ω01≤ω02≤1.5ω01；
步骤二，标定第一条件下被捕获微球的光阱刚度：
调节所述探测光束，使其功率P1≤P0/100，记此条件为第一条件；
测量和记录第一条件下被捕获微球在布朗运动影响下的三维位置波动序列{xn1,yn1,zn1}，其中xn1、yn1、zn1分别是所述第一条件下被捕获微球在第n个时刻tn时的位置坐标，且所述序列{xn1,yn1,zn1}总长度N1≥1000；
根据所述序列{xn1,yn1,zn1}，标定和记录第一条件下被捕获微球在三个坐标轴方向上的光阱刚度kx1、ky1、kz1；
步骤三，标定第二条件下被捕获微球的光阱刚度：
调节所述探测光束，使其功率P1≈P0/10，记此条件为第二条件；
测量和记录第二条件下被捕获微球在布朗运动影响下的三维位置波动序列{xn2,yn2,zn2}，其中xn2、yn2、zn2分别是第二条件下被捕获微球在第n个时刻tn时的位置坐标，且所述序列{xn2,yn2,zn2}总长度N2≥1000；
根据所述序列{xn2,yn2,zn2}，标定和记录第二条件下被捕获微球在三个坐标轴方向上的光阱刚度kx2、ky2、kz2；
步骤四，计算第二条件下被捕获微球的角谐振频率Ωi2和光阱刚度的比值βi：
第二条件下被捕获微球的角谐振频率Ωi2＝(ki2/m)1/2，其中，i＝x、y、z，m是被捕获微球的质量；
第二条件下被捕获微球的光阱刚度的比值βi＝ki3/ki1，其中，i＝x、y、z，ki3为第二条件下探测光束所引入的光阱刚度，且ki3＝ki2-ki1；
步骤五，抽真空，并根据被捕获微球的位移状态反馈控制探测光束的功率：
实时监测微球的捕获状态，若微球不在被捕获状态，返回步骤一；
若微球在被捕获状态，对所述双光束光阱的样品池抽真空，直至达到所需的真空气压环境；
抽真空的同时，测量...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩翔，肖光宗，曾小飞，陈志洁，熊威，陈鑫麟，杨开勇，罗晖，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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