[發明專利]基于雙光鑷系統的微粒位置探測裝置和精度提高方法

有效

• 申請號: 202010627938.1
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111750778B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李楠;王霞;胡慧珠;陳杏藩;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學;之江實驗室
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于雙光鑷系統的微粒位置探測精度提高方法。采用空間光相位調制器將激光調制成完全相同的兩束，并通過高聚焦透鏡形成相同的兩個光阱，其中一路光阱捕獲微球用于測量帶噪聲的微球位移信號，另一路光阱用于測量光阱中由于激光光源噪聲、激光指向噪聲、激光偏振噪聲、光路振動噪聲等噪聲信號。本發明利用帶噪聲的微球信號與噪聲信號通過光電平衡探測器轉換為電信號，并通過差分后可得到微球位移的實際信號，提高探測精度。

技術領域

本發明屬于光學工程以及微粒懸浮領域的一種微球位移信號探測方法，具體是涉及一種基于雙光鑷系統的微粒位置探測精度提高方法。

背景技術

真空光阱懸浮傳感技術，是一種利用光阱技術在真空中實現高靈敏度測量的新型傳感技術。該技術中的微粒樣品通常為微米級，其尺寸處于量子領域和經典領域的過渡范疇，因此在極微弱力測量和量子理論驗證等領域有獨特的應用價值。真空中懸浮微粒受到外力作用而偏離平衡位置，通過微粒運動狀態的測量而獲得微弱力、微弱加速度等物理量。相比于傳統的力傳感技術，具有微尺度、無機械支撐、隔絕熱噪聲、高靈敏度的特點。由于微粒與外界隔絕，利用特有的高靈敏探測方法，該系統對于外界力與加速度等物理量具有極高的靈敏度。基于光阱懸浮微球的力學敏感特性而搭建的光學懸浮傳感裝置，即真空光阱懸浮傳感系統。光學懸浮傳感系統以其高靈敏度、易于集成、穩定性高等特點，在微弱力與微弱加速度測量領域有著廣泛的應用前景。

在真空光阱懸浮系統中，由于微弱力檢測的量級非常小，系統中各噪聲因素如激光光源噪聲、激光指向噪聲、激光偏振噪聲、光路振動噪聲等噪聲都對最終測量精度起到決定性作用。因此光粒懸浮的微粒位置探測噪聲的抑制，對于提高真空光阱懸浮系統中微弱力與微弱加速度測量精度具有十分重要的應用價值。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提供了一種基于雙光鑷系統的微粒位置探測精度提高方法，可去除微球位移信號中的微弱噪聲，實現快速、穩定、高精度的微粒位置探測。

本發明所采用的技術方案如下：

一、一種基于雙光鑷系統的微粒位置探測裝置：

裝置包括激光器、第一激光束、第一反射鏡、空間光調制器、第二激光束、第三激光束、第二反射鏡、第三反射鏡、第一透鏡、第二透鏡、第四反射鏡、第四激光束、第五激光束、高聚焦第一透鏡、微球、高聚焦第二透鏡、第五反射鏡、第一三軸位移檢測系統、第六反射鏡和第二三軸位移檢測系統；激光器發出第一激光束，通過第一反射鏡反射改變空間方向二入射至空間光調制器，空間光調制器出射光分成相同的兩束光，分別為第二激光束與第三激光束；第二激光束與第三激光束均依次經過第二反射鏡與第三反射鏡反射后調整方向并加大相鄰間距，再經由第一透鏡與第二透鏡平行擴束后并調整為兩束平行光，分別為第四激光束與第五激光束；第四激光束與第五激光束均依次經由第四反射鏡反射后調整方向入射到高聚焦第一透鏡，并經高聚焦第一透鏡分別形成豎直向上的兩個相同光阱；第四激光束形成的光阱捕獲微球，后經由高聚焦第二透鏡轉換為平行光出射，最后經由第六反射鏡反射改變方向后入射至第二三軸位移檢測系統檢測；第五激光束形成的光阱未捕獲微球，后經由高聚焦第二透鏡轉換為平行光出射，最后經由第五反射鏡反射改變方向后入射至第一三軸位移檢測系統檢測。