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光鑷實驗模塊

原理介紹：光在與微粒的相互作用中，會將自身攜帶的動量傳遞給微粒，對微粒施加力的作用。在光鑷中，處在激光中的粒子所受的力有兩種：一部分是電磁場分布不均勻?qū)е碌奶荻攘Γ荻攘⑽⒘Ｎ蚬廒宓闹行模灰徊糠质枪庾优c粒子相互作用導致的散射。針對不同大小的粒子，大致可以分為三類：一、微粒的尺度遠大于激光波長，可以采用幾何光學近似模型，光線在微粒經(jīng)過折射反射，將動量傳遞至微粒上；二、微粒尺度跟激光波長相近，這種情況下可以通過電磁場麥克斯韋方程組求解；三、微粒尺度遠小于激光波長，微粒在光場中被激發(fā)為偶極子，受到偶極子與強聚焦光場的相互作用力；相關內(nèi)容：動手調(diào)節(jié)光路，利用光鑷捕捉并操控小球；基于空間光調(diào)制器的光鑷系統(tǒng)，通過研究不同算法從而得到加載在空間光調(diào)制器上的全息圖、更加深入地研究特殊模式光束在光學微操縱中的應用、拓展光鑷與其他學科交叉的應用前景以及對光場偏振態(tài)、相位、振幅的聯(lián)合調(diào)制等等。應用領域：作為非侵入型的力學操控系統(tǒng)，光鑷可以應用于細胞生物學、氣溶膠科學、物理化學等交叉學科的基礎研究，包括細胞微環(huán)境的改變、形變拉伸、微粒力學參數(shù)的測量等等。將全息光鑷與圖像識別結合，可以做到自動捕獲粒子和分揀，將全息光鑷與光學顯微鏡相結合，可以量化細胞、分子的動力學特性，在細胞生物學中有巨大的研究空間；方案介紹：光路圖：上圖為本方案全息光鑷裝置的光路示意圖。首先激光經(jīng)過擴束后，直徑與空間光調(diào)制器有效區(qū)域的短邊直徑相等，擴束后的激光依次通過線偏振片、半波片和非偏振分光棱鏡。用半波片旋轉線偏光角度，使之工作在相位模式下，空間光調(diào)制器的入射角控制在在 5°以內(nèi)。經(jīng)過空間光調(diào)制器反射的光經(jīng)過由兩個傅里葉透鏡組成的縮束系統(tǒng)，該系統(tǒng)能改變光斑尺寸確保光束直徑與顯微物鏡的入瞳直徑匹配。對于外圍光強較弱的高斯光束，利用此縮束系統(tǒng)將激光直徑稍大于顯微物鏡入瞳直徑。經(jīng)過縮束系統(tǒng)的激光經(jīng)過 45°直角反射鏡，二向色鏡將激光透射進入顯微物鏡，同時讓照明光源透過，從而使 CMOS 相機采集到樣品像。空間光調(diào)制器位于第一個傅里葉透鏡的焦距處，全息圖與物鏡入瞳是共軛像面，所以全息圖經(jīng)過顯微物鏡做傅里葉變換后在顯微物鏡焦平面即樣品面上再現(xiàn)期望的光場分布。特點：此方案采用的開普勒式縮束系統(tǒng)透鏡間的焦平面與樣品面是共軛的，在透鏡焦平面加入高通濾波器或在空間光調(diào)制器上疊加閃耀光柵后，后續(xù)光學元件按照一級像排列，從而移去零級光的影響。加載全息圖后 X-Y 位置可實時調(diào)整，快速疊加不同焦距菲涅爾相位圖、閃耀光柵相位圖等；空間光調(diào)制器可供多種語言調(diào)用（labview、C、Python 等）；可編程實現(xiàn)不同數(shù)目、不同排列的光阱陣列；配置標準：序號配置規(guī)格序號配置規(guī)格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 顯微物鏡 PLN100× 油浸 NA 1.25 2 空間光調(diào)制器 1920*1080 2π 5 照明光源波長470nm 功率760mw 3 CMOS相機 1280*1024 60FPS 6 相機筒鏡 f=200mm 等系列其他配置

西安中科微星光電科技有限公司 2022-06-27

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