本发明专利技术提供一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用，该方案通过片上波导上搁置微纳容器，微纳物体置于微纳容器内，通过光能和机械能的转换实现微纳容器的平动、摆动以及输运，该方案可在非液体环境下基于光力对片上微纳物体进行驱动，针对性地解决现有片上微纳物体驱动输运的可控性差、液体环境中反应场易受污染等问题。应场易受污染等问题。应场易受污染等问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用
[0001]本专利技术涉及光控领域，特别涉及一种基于光能
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机械能转换以实现片上微纳物体的输运的驱动方法及系统，其在片上实验室以及靶向输运系统中有着重要的应用前景。
技术介绍
[0002]随着半导体集成技术转向了28纳米的线宽工艺，半导体集成技术的研究也开始进入纳米领域，相对应的，片上实验室应运而生，片上实验室指的是把科学的分析操作集成到像半导体集成电路那样的几个平方厘米的玻璃、硅或塑料等微型薄片上的研究。片上实验室由于其微小，具有样本微量化、反应与分析高速化等多种优点而被广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、基因测序、中药物种鉴定、农作物优育优选等许多领域。
[0003]纳米机器是实现智能化纳米技术最基本的功能单元，可在微纳米级尺度执行特定任务，如计算、分析、数据存储、传感或者驱动等操作。然而，片上实验室中微纳物体的驱动控制始终是困扰科研人员的一大难题，就微纳物体的驱动而言，目前主要实现的方式是通过在液体环境下进行，然而在液体环境下又存在微纳物体布朗运动强烈，不易于实现长距离、稳定的驱动的缺陷。另外，对于片上实验室而言，在微纳物体的输运过程中，液体环境容易对反应场造成污染。
[0004]因此，研究一种在非液体环境下实现精确的片上微纳输运的研究，对于基于微纳技术的片上实验室及反应场具有一定的价值意义。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用，该方案可在非液体环境下基于光力对片上微纳物体进行驱动，针对性地解决现有片上微纳物体驱动输运的可控性差、液体环境中反应场易受污染等问题，以实现在集成芯片上实现微纳物体的可控平动、摆动、输运与释放。
[0006]为实现以上目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]第一方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体驱动装置，包括：激光器，片上波导，以及置于片上波导上的微纳容器，其中微纳物体置于微纳容器内，片上波导具有倐逝场效应，激光器产生的激光耦合进入片上波导。
[0008]第二方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体的平动驱动方法，包括以下步骤：将微纳物体置于微纳容器内，其中微纳容器置于片上波导上，且微纳容器在片上波导上轴向受力不对称，脉冲激光耦合于片上波导；调控脉冲激光的参数，驱动微纳容器在片上波导上沿轴向平动。
[0009]在一些实施例中，通过调控脉冲激光的脉冲个数以调控微纳容器平动速度，通过调控脉冲激光的单脉冲能量以调控微纳容器平动距离。具体的，当激光脉冲个数一定时，增加单脉冲功率，平动速度增加，当单脉冲功率一定时，增加脉冲个数，运动速度增加。
[0010]在一些实施例中，脉冲激光耦合传输到片上波导上，利用片上波导的倐逝场效应
将部分光能量由波导模式耦合到外部环境的消逝场中，利用消逝场与微纳容器的相互作用形成近场增强效应，将瞬时局域的光场转化成热场，热场产生的声波在片上波导的轴向方向上发生不对称的反射而产生冲击波。
[0011]第三方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体的摆动驱动方法，包括以下步骤：将微纳物体置于微纳容器内，其中微纳容器置于片上波导上，连续激光耦合于片上波导；调控连续激光的参数，驱动微纳容器在片上波导上原地摆动。
[0012]在一些实施例中，通过调控连续激光的开关频率，以调控微纳容器的摆动频率，通过调控连续激光的平均功率，以调控微纳容器的摆动幅度。
[0013]在一些实施例中，连续激光器的连续激光对应的光子能量大于微纳容器的微纳材料的带隙。
[0014]在一些实施例中，连续激光耦合传输到片上波导上，利用片上波导的倐逝场效应将部分光能量由波导模式耦合到外部环境的消逝场中，利用消逝场与微纳容器的相互作用形成近场增强效应，将瞬时局域的光场转化成热场，微纳容器与片上波导接触的位置部分融化，在范德瓦尔斯力的作用下，微纳容器在原地发生摆动。
[0015]第四方面，提供一种基于光力的片上微纳物体的输运驱动方法，包括以下步骤：将微纳物体置于微纳容器内，其中微纳容器置于片上波导上，微纳容器在片上波导上轴向受力不对称，连续激光和脉冲激光均耦合于片上波导；调控脉冲激光的参数，驱动微纳容器沿片上波导平动到特定位置，关闭脉冲激光后开启连续激光，调控连续激光的参数，驱动微纳容器原地摆动实现对微纳物体的释放。
[0016]在一些实施例中，在利用脉冲激光驱动的起始阶段，利用增加脉冲强度和/或脉冲数量，在接近设定目标位置时，减小脉冲强度和/或脉冲数量。
[0017]第五方面，提供一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法的应用，采用以上任一所述的基于光力的片上微纳物体的驱动方法，应用于片上实验室。
[0018]本方案提供的基于光力的片上微纳物体驱动装置将微纳物体置于微纳容器内并置于片上波导上，利用片上波导的倐逝场效应，将传输到片上波导上的部分光能量从波导模式耦合到外部环境的消逝场中，该消逝场与微纳容器相互作用，形成近场增强效应，以使得瞬时局域的光场转化成热场；
[0019]在脉冲激光的作用下，由于微纳容器位于片上波导上，且微纳容器处于轴向不对称的位置，如图3所示，微纳容器本身结构是左右不对称的，因为结构的不对称，导致的光热转换不对称，进而使得产生的冲击波不对称，也就是说，热场产生的声波在片上波导的轴向方向上发生不对称的反射而产生冲击波，当该冲击波克服微纳容器与片上波导在接触位置的摩擦力时，便可实现微纳容器在片上波导上的平动；平动的速度可以通过脉冲光的单脉冲功率以及重复频率控制。
[0020]在连续激光的作用下，由于连续激光的峰值功率低，作用时间长，在微纳容器与片上波导接触的位置会有热积累，进而导致部分熔化，进而增大了接触面积，在范德瓦尔斯力的作用下，微纳容器在原地发生摆动，摆动的幅度和频率可通过对连续激光的平均功率以及外调制频率调控。
[0021]本方案利用脉冲激光、连续激光或脉冲激光和连续激光的联用，将光能转换为片上波导上微纳容器的机械能，进而驱动微纳容器内微纳物体的平动、摆动以及输运。
[0022]相较现有技术，本方案相较现有技术具有以下特点和有益效果：
[0023](1)本方案可实现对片上实验室及靶向输运系统中的微纳物体进行可控的输运与释放，相比于之前的液体环境下的输运系统，大大提高了输运的精确程度以及自由度。
[0024](2)对于脉冲光入射，本专利技术可以通过脉冲激光的脉冲个数以及单脉冲的功率，实现对微纳容器运动速度的调控，控制精度可达0.2
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0.5纳米/脉冲，并且调控范围大，对于平动，最大的运动速度可达50微米/秒。
[0025][0026][0027](3)对于连续光入射，可结合信号发生器实现对长脉冲的入射，通过对长脉冲个数的控制，实现微纳容器的摆动控制，进而对被输运的物体进行主动释放，摆动的速度可通过单脉冲的功率以及外调制频率进行主动式调控。
[0028](4)在输入光的调制频本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光力的片上微纳物体驱动装置，其特征在于，包括：激光器，片上波导(3)，以及置于片上波导(3)上的微纳容器(4)，其中微纳物体(5)置于微纳容器(4)内，片上波导(3)具有倐逝场效应，激光器产生的激光耦合进入片上波导(3)。2.一种基于光力的片上微纳物体的平动驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：将微纳物体(5)置于微纳容器(4)内，其中微纳容器(4)置于片上波导(3)上，且微纳容器(4)在片上波导(3)上轴向受力不对称，脉冲激光耦合于片上波导(3)；调控脉冲激光的参数，驱动微纳容器(4)在片上波导(3)上沿轴向平动。3.根据权利要求2所述的基于光力的片上微纳物体的平动驱动方法，其特征在于，通过调控脉冲激光的脉冲个数以调控微纳容器(4)的平动速度，通过调控脉冲激光的单脉冲能量以调控微纳容器(4)平动距离。4.根据权利要求2所述的基于光力的片上微纳物体的平动驱动方法，其特征在于，脉冲激光耦合传输到片上波导(3)上，利用片上波导(3)的倐逝场效应将部分光能量由波导模式耦合到外部环境的消逝场中，利用消逝场与微纳容器(4)的相互作用形成近场增强效应，将瞬时局域的光场转化成热场，热场产生的声波在片上波导(3)的轴向方向上发生不对称的反射而产生冲击波。5.一种基于光力的片上微纳物体的摆动驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：将微纳物体(5)置于微纳容器(4)内，其中微纳容器(4)置于片上波导(3)上，连续激光耦合于片上波导(3)；调控连续激光的参数，驱动微纳容器(4)在片上波导(3)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟伟，仇旻，方啸国，严巍，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：
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