[實用新型]一種微球快速光懸浮的裝置

有效

• 申請號: 201520236663.3
• 申請日: 2015-04-20
• 公開（公告）號: CN204536686U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 王飛;鄒紅波;饒超平
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本實用新型涉及光學慣性導航、光學工程領域、微顆粒懸浮領域，尤其涉及一種微球快速光懸浮的裝置。

背景技術

?????根據量子理論可知，光束是一群以光速運動的、有動量的光子流。當光束在微球介質表面發生反射和投射時，光子的速度和方向改變，導致其動量矢量的變換。根據動量守恒定律，光子的動量變換量等于微球的動量變化量，所以光束對微球有光輻射壓。基模高斯光束對微球的作用力包括沿光束傳播方向的散射力和指向光強較強處的梯度力。當液體中的微球進入基模高斯光束的光場捕獲區時，豎直方向上微球的重力和光阱力與液體的浮力平衡，水平方向上微球受到光場的梯度力，在線性剛度范圍內穩定，微球易被激光捕獲并且穩定懸浮。

傳統空氣環境下微球光懸浮的方法是：制作微球基底，將微球放置于基底上表面，基底下表面與壓電陶瓷相連；使用壓電陶瓷驅動器，驅動壓電陶瓷振動，壓電陶瓷振動帶動基底和微球的振動，當微球受到的脫離力大于微球與基底之間的粘附力時，微球從基底表面脫離，微球向上運動；此時微球被豎直向上的激光捕獲，當微球所受的光阱力和空氣浮力與微球重力平衡時，微球穩定懸浮在空氣環境中。傳統空氣環境下微球光懸浮的缺點是：使用壓電陶瓷和壓電陶瓷驅動器，制作微球基底，將微球和微球基底與壓電陶瓷相連，使微球光懸浮的成本高，微球光懸浮的過程復雜，微球光懸浮的耗時長久。

發明內容

本實用新型提供一種微球快速光懸浮的裝置，微球光懸浮系統更加輕型化、小型化，低成本；微球從第一孔中注入，簡化制備工藝，微球從第二孔中排出，提高了傳感單元的利用率；微球在液體環境下的光懸浮比微球在空氣環境下的光懸浮更易實現，采用加熱方法使微球所處的液體蒸發完全，從而使微球在液體環境下的光懸浮轉變到空氣環境下的光懸浮，提高了空氣環境下微球從未懸浮狀態到光懸浮狀態的速度；空氣環境下的光懸浮能夠避免在液體環境中布朗運動對球狀微粒運動狀態的影響以及液體環境中雜質對微球所處光場的擾動。

本實用新型采取的技術方案為：

一種微球快速光懸浮的裝置，包括透明的傳感單元，傳感單元內部設有空腔，空腔用于給微球光懸浮提供空間，傳感單元表層設有第一孔、第二孔，第一孔用于提供微球進入空腔的通道，第二孔用于提供微球排出空腔的通道，基模高斯光束聚焦在微球上。

所述傳感單元連接加熱器，加熱器用于傳感單元的空腔中的微球溶液加熱。

所述傳感單元下方設有一個反射棱鏡，反射棱鏡一側依次設有：激光器、光強調制器、透鏡。

激光器用于提供基模高斯光束；光強調制器用于調節光路中光功率的大小；透鏡用于基模高斯光束的聚焦。反射棱鏡用于將光路改變90°射出。

所述傳感單元為透明片狀結構，其位于顯微鏡上。

所述第一孔、第二孔大小相同，第一孔、第二孔分別設置有兩個孔蓋。

所述微球為微米量級的二氧化硅微球、或者微米量級的聚苯乙烯微球。

一種微球快速光懸浮的方法，微球溶液從第一孔注入傳感單元的空腔中，由于微球溶液的流動性，微球會向第二孔方向流動；當微球流過置于傳感單元下表面的基模高斯光束的光場捕獲區時，微球易被激光捕獲并且穩定懸浮。

一種微球快速光懸浮的空氣環境形成方法，使用加熱器對傳感單元的空腔中的微球溶液加熱，微球溶液受熱蒸發，最終微球溶液受熱蒸發完全時，微球所處環境為空氣環境。

一種空氣環境下的微球快速光懸浮方法，對傳感單元的空腔中的微球溶液加熱，微球的布朗運動會加劇，但是由于光阱力遠大于微球的布朗運動受到的液體分子力，故微球仍穩定懸浮在光場捕獲區；當微球溶液因加熱而蒸發完全，微球最后的狀態是懸浮在空氣中。

一種空氣環境下的微球快速光懸浮方法，使用光強調制器改變激光光功率的大小，改變微球受到的光阱力，控制微球豎直方向的加速度和運動位移。

本實用新型一種微球快速光懸浮的裝置，技術效果如下：

1）、微球光懸浮系統更加輕型化、小型化，低成本。

2）、微球從第一孔中注入，簡化制備工藝，微球從第二孔中排出，提高了傳感單元的利用率。

3）、微球在液體環境下的光懸浮比微球在空氣環境下的光懸浮更易實現，采用加熱方法使微球所處的液體蒸發完全，從而使微球在液體環境下的光懸浮轉變到空氣環境下的光懸浮，提高了空氣環境下微球從未懸浮狀態到光懸浮狀態的速度。

4）、空氣環境下的光懸浮，能夠避免在液體環境中布朗運動對球狀微粒運動狀態的影響、以及液體環境中雜質對微球所處光場的擾動。

附圖說明