隔离或俘获小的微粒物质的变焦透镜制造技术

一种在光学镊子系统中使用的束操控部件，该束操控部件包括至少一个光学元件，其可控制地可变形，以响应于来自该光学镊子系统的信号而对激光束进行作用。该束操控部件可以用于改变光学镊子系统的焦距及偏转激光束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学镊子系统和用于操作该系统的方法。尤其是，本专利技术 致力于包括在光学镊子系统中的具有可变形光学元件的束操控部件。
技术介绍
光学镊子应用于例如生物学、物理学、纳米制造中，并且作为用于小 型化的机器的光学致动器。光学镊子的原理是基于利用辐射压力的力。强聚焦的激光束能够捕捉和抓住从nm到pm的大小范围中(介电材料)的粒子。此技术使得研究和 操控如原子、分子(甚至大)和小的介电球的粒子成为可能。光学镊子的 基本性质是粒子在光强分布中成为被俘获的。光以朝向强度达到其最大值 的点的梯度强度分布在粒子上施加力。结果，例如，粒子能够被俘获在光 束的焦点中。改变焦点的位置也改变粒子在空间中的位置。使用马达或压 电致动器用于移置透镜或倾斜反射镜的机械装置是已知的。这些机械装置 的缺点是它们复杂并且需要易受磨损影响的机械上活动的部分。此外，每 个附加的自由度通常需要专用的致动器并且可能还需要诸如透镜或反射镜 的附加的光学元件。因此，具有三个平移和一个旋转自由度的范例光学镊 子系统变得复杂和相当昂贵的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于光学镊子中操控激光束的机械装置的替代例。根据本专利技术的一方面，提供了用于在光学镊子系统中使用的束操控部 件，所述束操控部件包括至少一个光学元件，所述光学元件可控制地可变 形，以响应于来自所述光学镊子系统的信号而对激光束进行作用。本专利技术的此方面的束操控部件提供光学镊子系统中的束控制。其有能5力承担光学镊子系统中当前使用的基本上机械的束操控装置的功能性。同 时，本专利技术的束操控部件不易受到上述机械装置的缺陷的影响。由于其不 同的配置，诸如例如机械公差，其甚至免除了一个或多个缺陷。束例如是 光学镊子系统中使用的用于俘获粒子、细菌等的激光束。由于光学元件的 变形，束操控可以比先前的布置中更灵活。其也提供了减小束的路径中的 光学元件的数量的机会。可以合并至今每个需要区别的光学元件的数个功 能。束操控应当理解为对束进行作用，通过它，当束通过束操控部件时， 能够改变一个或多个束的性质。尤其是，束的几何性质易于由束操控部件 改变，诸如束方向、其会聚、其横截面的形状，仅举数例。光学元件描绘直接作用在束上的部件。其可以是折射光学元件或反射 光学元件。光学元件还可以呈现衍射效应。光学元件是可变形的，使得能 够改变光学元件的内部空间材料分布。诸如折射或反射的光学效应典型地 发生在传播介质突然地或逐渐地改变的位置。从而，改变光学元件的材料 分布改变光学元件的光学行为。使用的光学元件的优点是其材料分布是可 控制的。通过利用合适的信号驱动束操控部件和所包括的光学元件，光学 元件发生变形，其依次改变束操控部件的光学行为。换句话说，束操控部 件实现了驱动信号到光学行为的映射。用于束操控部件的驱动信号来自光 学镊子系统。从而，提供光学镊子系统来控制束操控动作。在此上下文中， 应当注意，生成驱动信号的似乎独立的控制器也应当理解为光学镊子系统 的部分。原因是控制例如粒子的位置是光学镊子系统的基本功能。根据本专利技术的另一方面，束操控部件还包括腔室，所述腔室包含第一 介质、第二介质、所述第一介质和所述第二介质之间的截面、以及界面控 制装置，其中所述第一介质和所述第二介质中的一个用作所述光学元件。腔室典型地具有恒定的体积。第一介质和第二介质的体积也典型地也 是恒定的。第一和第二介质例如是具有不同光学性质的两种不相溶的流体。 如果两种流体具有几乎相同的密度，则重力对束操控部件的操作没有实质 的影响。在两种介质之间存在界面，其形状依赖于数个因素，诸如表面张 力、可湿性、或两种介质的每一种的毛细效应。能够通过界面控制装置来 影响界面是有利的，导致界面的例如改变的形状、位置、或方向。根据本专利技术的另一方面，界面由一个或多个边缘段划定界限，并且界 面控制装置布置为各别地作用在所述边缘段上。在界面由单个边缘段划定界限的情况下，界面以均匀的方式从所有侧 进行作用。用于具有单个边缘段的该布置的范例是圆形界面或椭圆形界面。 当仅存在单个边缘时，能够预期相对于光学元件的重力中心的光学元件的 基本对称的变形。在更普遍的多个边缘段的情况下，其中每个段由界面控 制装置各别地控制，能够获得界面的更灵活的配置。尤其是，界面的不对 称的形状也是可能的。对称的概念可以指旋转对称(例如相对于光学元件 闲置时的光轴)，或镜面对称，依赖于界面形状。各别地控制边缘段的能力 在垂直于光学元件的闲置状态光轴的平面中提供附加的自由度。根据本专利技术的另一方面，束操控部件包括电润湿透镜，并且界面控制 装置包括电极，所述电极布置为提供各别的电压给所述边缘段的每一个。一个电润湿透镜利用当暴露于电场时导电流体和不导电流体反应不同 的事实。尤其是，由于腔室壁表面的改变的可湿性，与腔室的壁接触的表 面往往对施加的电场起反应。所需的电场由是界面控制装置的部分的电极 产生。除对应于一个或多个边缘段的一个或多个电极外，提供接地电极作 为公共电接地。此接地电极到边缘段电极的每一个可以具有相同的距离。 其甚至可以与导电流体接触。在每个具有不同电势的数个电极的情况下， 得到的电场在电极之间呈现过渡。典型地，期望在不同的边缘段之间平滑 地过渡。通过保持电极小并且在两相邻电极之间提供电力耐久路径能够实 现这。依赖于此路径的电阻，电流会从一个电极流动到另一个电极，这沿 路径引起电压降。如果为了获得特别的界面形状而不期望平滑的过渡，则 电极基本彼此相邻地放置，它们之间仅有小的绝缘以避免漏电流和打火花。根据本申请的另一方面，光学元件呈现光轴并且相对于光轴是不对称 地可变形的，并且界面控制装置布置为以随时间变化的方式不对称地对边 缘段进行作用。相对于光轴不对称地可变形的光学元件的优点是，以此方式束可以改 变束的横截面形状。如果束被聚焦，则光学元件的不对称的变形也导致不 对称的焦点。与界面控制装置在边缘段上的随时间变化的作用组合，能够 绕束轴旋转不对称的焦点。由于绕束轴的不对称的焦点旋转，在束的焦点7处俘获的粒子经历扭矩。因此，优点是通过激光束能够引起粒子旋转。为 达此目的，可以以圆形模式制动边缘段电极。此效果难以通过全机械(all-mechanical)束操控装置实现，因为必须通过例如电马达的方式绕光轴 旋转诸如变形透镜(沿两个主轴方向不同的透镜曲率)的专门的透镜。光 学元件的光轴规定为光学元件闲置的情形，即没有电极施加电场。实际上， 光学元件的真实的光轴是可变化的。此外，光学元件的光轴可以呈现弯曲， 表示光轴的传播方向由光学元件改变。根据本专利技术的另一方面，界面控制装置布置为以周期性的时间模式对 界面进行作用。提供周期性的时间模式的优点是，与通过旋转激光束的不对称焦点而 施加扭矩于粒子组合，能够以永久方式提供扭矩。这能够用于在多种应用 中操作小型化的旋转机器，诸如泵、阀、离心机等。周期性的时间模式还 容许激光束的焦点的振荡运动。在包括数个位置的来回旅程上逮捕诸如粒 子、细菌等的样品也是可能的。在每个位置，样品经历特定的测试，例如 测量样品对某种物质的反应。光学镊子系统的测量纳牛和p牛范围中的力 的能力可以用于测量样品和给定物质之间的吸引力。本专利技术的束操控部件 可以用于采集样品载体上的第一位置处的样品，将它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在光学镊子系统中使用的束操控部件，所述束操控部件包括至少一个光学元件，所述光学元件可控制地可变形，以响应于来自所述光学镊子系统的信号而对激光束进行作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-6-6 06115018.11、一种在光学镊子系统中使用的束操控部件，所述束操控部件包括至少一个光学元件，所述光学元件可控制地可变形，以响应于来自所述光学镊子系统的信号而对激光束进行作用。2、 根据权利要求1所述的束操控部件，还包括腔室，所述腔室包含第 一介质、第二介质、所述第一介质和所述第二介质之间的界面、以及界面 控制装置，其中，所述第一介质和所述第二介质中的一个用作所述光学元 件。3、 根据权利要求2所述的束操控部件，其中，所述界面由一个或多个 边缘段划定界限，并且其中，所述界面控制装置布置为分别地对所述边缘 段进行作用。4、 根据权利要求3所述的束操控部件，其中，所述束操控部件包括电 润湿透镜，并且所述界面控制装置包括电极，所述电极布置为提供单独的 电压给所述边缘段的每一个。5、 根据权利要求3或4的任一项所述的束操控部件，其中，所述光学 元件存在光轴并且可相对于所述光轴不对称地发生变形，并且其中，所述 界面控制装置布置为以随时间变化的方式不对称地对所述边缘段进行作 用。6、 根据权利要求5所述的束操控部件，其中，所述界面控制装置布置 为以周期性的时间模式对所述界面进行作用。7、 一种在光学镊子系统中使用的束操控部件，所述束操控部件包括至 少一个光学元件，所述光学元件包括具有可控制的折射率的材料。8、 根据权利要求7所述的束操控部件，其中，所述材料是液晶材料。9、 根据权利要求8所述的束操控部件，其中，所述液晶材料是双折射 的，并且其中，所述光学元件包括电极。10、 根据权利要求9所述的束操控部件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：EJK费斯特根，SIE武尔托，DB范达姆，TJ德霍赫，JM伦森，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]