【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光镊，尤其涉及一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统及方法。
技术介绍
1、真空光镊，也称真空光阱，是光镊技术应用于真空环境中而发展出来的一种技术，即利用紧聚焦激光构建光镊系统在真空环境下悬浮微纳尺寸的微粒，将其束缚在焦点附近区域，形成敏感外场信息的谐振子。此类真空光镊系统中的谐振子不仅能够摆脱机械固连，规避传统谐振子的机械耗散问题，还能够通过真空环境实现与外界热环境的良好隔离，大幅度降低系统与环境的耦合，减弱环境因素带来的退相干效应，因此，该技术在精密测量和宏观量子态等研究方面具有独特的优势。
2、近年来，真空光镊技术利用其高灵敏度、高可靠性且易于集成等优点，在小型化和高精度的极弱力和加速度测量方面得到了快速发展，已形成较为成熟的技术路线，可为深空深海探测以及各类导航系统提供新的技术手段。目前，在实验室环境中，室温下真空光镊传感系统已经实现了10-21n/hz1/2量级的力学探测灵敏度，对加速度和力矩的测量精度也分别达到了10-9g和10-29n·m/hz1/2量级，在精密测量领域中展现了前所未有的精度和极大的发展潜力。
3、在基础物理研究方面，人们利用真空光镊系统成功将纳米微粒的质心运动在室温下冷却到了量子基态，即声子数<1。该研究成果表明真空光镊系统具有在室温下制备包含数十亿个原子的纳米微粒的宏观量子叠加态的潜力，这使得真空光镊系统成为人们探索经典-量子边界问题的重要工具。目前，如何利用真空光镊研究多体动力学和宏观量子效应成为真空光镊领域的前沿热点。多光束真空光镊应运而生，而其中光悬
4、在光悬浮微纳粒子系统中，微粒间相互作用主要有保守的弹簧型光结合相互作用和非互易的光诱导偶极-偶极相互作用。目前，研究人员更趋向于研究微粒间非互易的光诱导偶极-偶极相互作用，因为该作用有较丰富的调控参数，比如光阱的偏振、强度、相位、位置等参数。
5、目前，用于研究两个微粒间光诱导偶极-偶极相互作用的真空光镊系统中，要想改变两个微粒之间的相互作用，就需要改变两个微粒各自的捕获光场的参数，比如通过偏振光学元件控制捕获光的偏振态，这就使得在多次实验中两微粒的动力学初始状态始终难以保持一致，从而导致整个系统很不稳定。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统及方法，能够通过调节引入的第三个微粒所在光阱的参数来间接实现对待研究的双微粒间的精确调控。
2、本申请的一个方面提供一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统。所述系统包括光源模块、三光阱调控模块、真空系统模块及探测模块。其中，所述真空系统模块包括真空腔及位于所述真空腔中的紧聚焦光阱生成元件、第一微粒、第二微粒、第三微粒及收集透镜，其中，所述第一微粒和所述第二微粒为待研究的两个纳米微粒。所述光源模块用于提供激光，分别作为所述三光阱调控模块的输入光和所述探测模块的参考光。所述三光阱调控模块用于制备相位相干的三个光束，所述紧聚焦光阱生成元件用于紧聚焦所述三个光束以分别形成用于捕获所述第一微粒、所述第二微粒和所述第三微粒的第一光阱、第二光阱和第三光阱，所述收集透镜用于收集所述第一微粒、所述第二微粒和所述第三微粒的散射光，其中，所述第二光阱的偏振方向平行于所述第一微粒和所述第二微粒的连线方向，所述三光阱调控模块还用于通过调节所述第三光阱的参数来控制所述第三微粒与待研究的所述第一微粒和所述第二微粒间的相互作用，以间接实现对所述第一微粒和所述第二微粒间的相互作用的调控。所述探测模块用于对所述第一微粒、所述第二微粒和所述第三微粒的运动信号进行分离探测。
3、进一步地，所述光源模块包括激光器、第一半波片及第一偏振分光棱镜，所述激光器用于产生所述激光，所述第一半波片和所述第一偏振分光棱镜配合用于将所述激光分成两束，分别提供至所述三光阱调控模块和所述探测模块。
4、进一步地，所述三光阱调控模块包括空间光调制器，所述空间光调制器用于调制出分别用于形成所述第一光阱、所述第二光阱和所述第三光阱的第一光束、第二光束和第三光束。
5、进一步地，所述三光阱调控模块还包括4f系统，所述4f系统用于将所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束的光路进行延长对准并射入所述真空系统模块中。
6、进一步地，所述三光阱调控模块还包括扩束系统、第二半波片、直角反射棱镜及第一反射镜，所述扩束系统用于对所述输入光进行扩束，扩束后的光束通过所述第二半波片后经所述直角反射棱镜的一个直角边反射至所述空间光调制器上，经过所述空间光调制器调制出的所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束再次经过所述直角反射棱镜的另一个直角边的反射及所述第一反射镜的反射后进入所述4f系统。
7、进一步地，所述探测模块包括第三半波片、第二偏振分光棱镜及第一信号收集器，通过所述第一微粒、所述第二微粒和所述第三微粒后的散射光通过所述第三半波片和所述第二偏振分光棱镜，其中，经过所述第二偏振分光棱镜后的透射光进入到所述第一信号收集器。
8、进一步地，所述探测模块还包括第四半波片、第三偏振分光棱镜、第一4f滤波系统、第二4f滤波系统、第二信号收集器及第三信号收集器，经过所述第二偏振分光棱镜后的反射光通过所述第四半波片和所述第三偏振分光棱镜，其中，经过所述第三偏振分光棱镜后的反射光通过所述第一4f滤波系统进入到所述第二信号收集器，经过所述第三偏振分光棱镜后的透射光通过所述第二4f滤波系统进入到所述第三信号收集器。
9、进一步地，所述第一4f滤波系统和所述第二4f滤波系统均包括前透镜、滤波器及后透镜，其中，所述前透镜和所述后透镜组成4f系统，所述滤波器位于所述前透镜的后焦点的位置。
10、进一步地，所述探测模块还包括第五半波片、第四偏振分光棱镜、第二反射镜、第六半波片及第五偏振分光棱镜，其中，所述第五半波片和所述第四偏振分光棱镜配合用于将所述参考光分成两束，其中一束进入到所述第三信号收集器，另一束入射至所述第二反射镜，所述第六半波片和所述第五偏振分光棱镜配合用于将所述第二反射镜反射后的反射光再次分成两束，分别进入到所述第一信号收集器和所述第二信号收集器。
11、本申请的另一个方面提供一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的方法。所述方法包括：制备相位相干的第一光阱、第二光阱和第三光阱，其中，所述第二光阱的偏振方向平行于所述第一微粒和所述第二微粒的连线方向；利用所述第一光阱、所述第二光阱和所述第三光阱来分别捕获悬浮位于真空腔中的第一微粒、第二微粒和第三微粒，其中，所述第一微粒和所述第二微粒为待研究的两个纳米微粒；调节所述第三光阱的参数来控制所述第三微粒与待研究的所述第一微粒及所述第二微粒间的相互作用，以间接实现对所述第一微粒和所述第二微粒间的相互作用的调控；以及对所述第一微粒、所述第二微粒及所述第三微粒的运动信号进行分离探测。
12、本申请一个或多个实施例的调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统及方法至少能够取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统，其特征在于：包括光源模块、三光阱调控模块、真空系统模块及探测模块，其中，
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光源模块包括激光器、第一半波片及第一偏振分光棱镜，所述激光器用于产生所述激光，所述第一半波片和所述第一偏振分光棱镜配合用于将所述激光分成两束，分别提供至所述三光阱调控模块和所述探测模块。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块包括空间光调制器，所述空间光调制器用于调制出分别用于形成所述第一光阱、所述第二光阱和所述第三光阱的第一光束、第二光束和第三光束。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块还包括4F系统，所述4F系统用于将所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束的光路进行延长对准并射入所述真空系统模块中。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块还包括扩束系统、第二半波片、直角反射棱镜及第一反射镜，所述扩束系统用于对所述输入光进行扩束，扩束后的光束通过所述第二半波片后经所述直角反射棱镜的一个直角边反射至所述空间光调
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述探测模块包括第三半波片、第二偏振分光棱镜及第一信号收集器，通过所述第一微粒、所述第二微粒和所述第三微粒后的散射光通过所述第三半波片和所述第二偏振分光棱镜，其中，经过所述第二偏振分光棱镜后的透射光进入到所述第一信号收集器。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述探测模块还包括第四半波片、第三偏振分光棱镜、第一4F滤波系统、第二4F滤波系统、第二信号收集器及第三信号收集器，经过所述第二偏振分光棱镜后的反射光通过所述第四半波片和所述第三偏振分光棱镜，其中，经过所述第三偏振分光棱镜后的反射光通过所述第一4F滤波系统进入到所述第二信号收集器，经过所述第三偏振分光棱镜后的透射光通过所述第二4F滤波系统进入到所述第三信号收集器。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述第一4F滤波系统和所述第二4F滤波系统均包括前透镜、滤波器及后透镜，其中，所述前透镜和所述后透镜组成4F系统，所述滤波器位于所述前透镜的后焦点的位置。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述探测模块还包括第五半波片、第四偏振分光棱镜、第二反射镜、第六半波片及第五偏振分光棱镜，其中，所述第五半波片和所述第四偏振分光棱镜配合用于将所述参考光分成两束，其中一束进入到所述第三信号收集器，另一束入射至所述第二反射镜，所述第六半波片和所述第五偏振分光棱镜配合用于将所述第二反射镜反射后的反射光再次分成两束，分别进入到所述第一信号收集器和所述第二信号收集器。
10.一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的方法，其特征在于：包括：
...【技术特征摘要】
1.一种调控光悬浮纳米微粒间相互作用的系统，其特征在于：包括光源模块、三光阱调控模块、真空系统模块及探测模块，其中，
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光源模块包括激光器、第一半波片及第一偏振分光棱镜，所述激光器用于产生所述激光，所述第一半波片和所述第一偏振分光棱镜配合用于将所述激光分成两束，分别提供至所述三光阱调控模块和所述探测模块。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块包括空间光调制器，所述空间光调制器用于调制出分别用于形成所述第一光阱、所述第二光阱和所述第三光阱的第一光束、第二光束和第三光束。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块还包括4f系统，所述4f系统用于将所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束的光路进行延长对准并射入所述真空系统模块中。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述三光阱调控模块还包括扩束系统、第二半波片、直角反射棱镜及第一反射镜，所述扩束系统用于对所述输入光进行扩束，扩束后的光束通过所述第二半波片后经所述直角反射棱镜的一个直角边反射至所述空间光调制器上，经过所述空间光调制器调制出的所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束再次经过所述直角反射棱镜的另一个直角边的反射及所述第一反射镜的反射后进入所述4f系统。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述探测模块包括第三半波片、第二偏振分光棱镜及第一信号收集器，通过所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文文，李桐，何沛彤，李楠，高晓文，傅振海，胡慧珠，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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