基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，包括依次设置的激光器、空心光产生单元、偏振分光镜，还包括照明单元、横向捕获单元和竖向捕获单元；所述的横向捕获单元中包括第一偏折镜，所述的竖向捕获单元包括第二偏折镜。本实用新型专利技术通过分别旋转设置在横向捕获单元和竖向捕获单元中的第一偏折镜和第二偏折镜，实现了被捕获粒子分别在横向和竖向的垂直于捕获激光传播方向的平面二维旋转，且其旋转方向可控，解决了现有技术中对空气中吸光粒子的捕获时无法在低捕获功率下控制粒子旋转方向；此外，由于采用空心光来捕获吸光粒子，捕获功率可低至25mW，因此也解决了微粒在二维旋转过程中捕获光能量过高问题。光能量过高问题。光能量过高问题。

【技术实现步骤摘要】
基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置


[0001]本技术属于非线性光学应用领域领域，涉及光捕获和三维操纵装置，具体涉及一种基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着对空气污染颗粒原位分析需求的不断增加，吸光性颗粒的光学捕获和操控引起了人们的关注。其中高精度的三维光学操控是一项具有挑战性的技术，因为需要将被捕获的颗粒位移至激发激光的焦点位置进行光谱分析。目前，粒子沿着z方向(捕获激光的传播方向)的操控通常是通过改变捕获激光的功率来是实现的。但是，这种位移的方法需要较大的捕获激光功率。并且由于捕获激光功率的变化，颗粒上的散射光也会发生变化，因此对光谱信号的提取造成干扰。
[0003]更严重的是，对于一些光稳定性较差的颗粒，其物理化学性质会随着照射光功率的变化而发生变化，因此无法实现对颗粒的无损分析。而对于被捕获颗粒在x
‑
y平面(垂直于捕获激光传播方向的平面)中的光学操控，主要有两种，一种是通过使用聚焦光阱和从圆形孔径衍射的锥形环光阱；另一种是通过使用柱面透镜和圆形光阑组合的新方法。而这两种方法都各有缺陷，使用聚焦光阱和从圆形孔径衍射的锥形环光阱虽然可以实现吸光粒子的连续旋转，但无法控制粒子旋转方向；而使用柱面透镜和圆形光阑组合的新方法，其捕获激光的功率不能低于100mW，否则粒子很容易从捕获装置中逃逸，并且也无法同时实现被捕获粒子的一维操纵和粒子的二维旋转(三维操纵)。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于，提供一种基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，解决现有技术中对空气中吸光粒子的捕获时无法在低捕获功率下控制粒子旋转方向以及无法同时实现被捕获粒子的一维操纵和二维旋转的技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，包括依次设置的激光器、空心光产生单元、偏振分光镜，还包括横向捕获单元、竖向捕获单元和照明单元；所述的横向捕获单元设置在偏振分光镜的P光方向上，竖向捕获单元设置在偏振分光镜的S光方向上，所述的照明单元设置在偏振分光镜的S光的反方向上；
[0007]所述的横向捕获单元中包括第一偏折镜；所述的竖向捕获单元包括第二偏折镜。
[0008]本技术还具有以下技术特征：
[0009]具体的，所述的横向捕获单元还包括依次设置的第二凸透镜、一号样品池和横向图像收集机构；所述的竖向捕获单元还包括依次设置的第三凸透镜、二号样品池和竖向图像收集机构。
[0010]具体的，所述的横向图像收集机构包括依次固定连接的第一显微物镜、第一陷波
滤光片和第一成像结构；所述的竖向图像收集机构包括依次固定连接的第二显微物镜、第二陷波滤光片和第二成像结构。
[0011]具体的，所述的一号样品池的竖向上侧设置有固定相连的第三显微物镜和第三成像结构；所述的二号样品池的横向前侧设置有固定相连的第四显微物镜和第四成像结构。
[0012]具体的，所述的第一偏折镜和第二偏折镜为楔形棱镜。
[0013]具体的，所述的照明单元包括在偏振分光镜的竖向下侧依次设置的第一凸透镜和白炽灯。
[0014]具体的，所述的空心光产生单元为交叉相位空间光束调制系统或者空间光调制器。
[0015]具体的，所述的激光器为532nm半导体连续激光器或全固态可调谐钛宝石染料连续激光器。
[0016]具体的，所述的第一成像结构、第二成像结构、第三成像结构和第四成像结构为CCD相机、ICCD相机或CMOS相机。
[0017]本技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0018](Ⅰ)本技术通过分别旋转设置在横向捕获单元和竖向捕获单元中的第一偏折镜和第二偏折镜，实现了被捕获粒子分别在横向和竖向的垂直于捕获激光传播方向的平面上的二维旋转，且其旋转方向可控，解决了现有技术中对空气中吸光粒子的捕获时无法在低捕获功率下控制粒子旋转方向；此外，由于采用空心光来捕获吸光粒子，捕获功率可低至25mW，因此也解决了微粒在二维旋转过程中捕获光能量过高问题。
[0019](Ⅱ)本技术通过改变空心光尺寸大小实现了被捕获微粒在捕获激光的传播方向的一维操纵；此外，由于加入偏折镜，将被捕获微粒的一维操纵和二维旋转有效的结合起来，即实现了被捕获粒子在竖向捕获单元和横向捕获单元内微米级别的三维操纵，又解决了现有技术中无法同时实现被捕获粒子的一维操纵和二维旋转的技术问题。
附图说明
[0020]图1为本技术的整体结构示意图；
[0021]图2为本技术所收集的水平装置内被捕获粒子在垂直激光方向平面上的旋转图；
[0022]图3为本技术所收集的竖直装置内被捕获粒子在垂直激光方向平面上的旋转图；
[0023]图4为调制激光功率与空心光尺寸变化的示意图；
[0024]图5展示的是调制光功率与空心光尺寸的线性拟合图；
[0025]图6水平方向，空心光尺寸与被捕获粒子在激光传播方向上移动距离的关系图；
[0026]图7竖直方向，空心光尺寸与被捕获粒子在激光传播方向上移动距离的关系图。
[0027]图中各个标号的含义为：1
‑
激光器，2
‑
空心光产生单元，3
‑
偏振分光镜，4
‑
横向捕获单元，5
‑
竖向捕获单元，6
‑
照明单元；
[0028]401
‑
第一偏折镜，402
‑
第二凸透镜，403
‑
一号样品池，404
‑
横向图像收集机构，405
‑
第三显微物镜，406
‑
第三成像结构；
[0029]40401
‑
第一显微物镜，40402
‑
第一陷波滤光片，40403
‑
第一成像结构；
[0030]501
‑
第二偏折镜，502
‑
第三凸透镜，503
‑
二号样品池，504
‑
竖向图像收集机构，505
‑
第四显微物镜，506
‑
第四成像结构；
[0031]50401
‑
第二显微物镜，50402
‑
第二陷波滤光片，50403
‑
第二成像结构；
[0032]601
‑
第一凸透镜，602
‑
白炽灯。
[0033]以下结合实施例对本技术的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0034]需要说明的是，本技术中采用空心光束的原因为：一束光照射到吸光性微粒表面时，造成此微粒其被照射表面温度升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，包括依次设置的激光器(1)、空心光产生单元(2)、偏振分光镜(3)，其特征在于，还包括横向捕获单元(4)、竖向捕获单元(5)和照明单元(6)；所述的横向捕获单元(4)设置在偏振分光镜(3)的P光方向上，竖向捕获单元(5)设置在偏振分光镜(3)的S光方向上，所述的照明单元(6)设置在偏振分光镜(3)的S光的反方向上；所述的横向捕获单元(4)中包括第一偏折镜(401)；所述的竖向捕获单元(5)包括第二偏折镜(501)。2.如权利要求1所述的基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，其特征在于，所述的横向捕获单元(4)还包括依次设置的第二凸透镜(402)、一号样品池(403)和横向图像收集机构(404)；所述的竖向捕获单元(5)还包括依次设置的第三凸透镜(502)、二号样品池(503)和竖向图像收集机构(504)。3.如权利要求2所述的基于空心光对空气中吸光粒子的光捕获和三维操纵装置，其特征在于，所述的横向图像收集机构(404)包括依次固定连接的第一显微物镜(40401)、第一陷波滤光片(40402)和第一成像结构(40403)；所述的竖向图像收集机构(504)包括依次固定连接的第二显微物镜(50401)、第二陷波滤光片(50402)和第二成像结构(50403)。4.如权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪梅，张文定，牛晨，陈浩伟，白晋涛，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：新型
国别省市：