[發明專利]一種部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法及裝置

有效

• 申請號: 202011427232.7
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112652417B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 徐穎;劉永雷;藺淑琴;蔡陽健;余佳益
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，采用部分相干光束捕獲和操縱粒子的裝置，包括：特殊關聯結構、粒子捕獲模塊和成像模塊；所述特殊關聯結構產生部分相干光束入射到粒子捕獲模塊，通過所述粒子捕獲模塊對部分相干光束進行強聚焦，光束會在焦點附近形成多個不同性質的穩定的光學勢阱，所述光學勢阱同時在多個位置對不同折射率的粒子進行捕獲，并在成像模塊上進行顯示，同時通過調控部分相干光束構建模塊對粒子進行操縱；將一束特殊關聯結構的部分相干光通過透鏡進行強聚焦，光束會在焦點附近形成多個不同性質的穩定的光學勢阱，所述光學勢阱同時在多個位置對不同折射率的粒子進行捕獲，同時通過調節特殊關聯結構對粒子進行操縱；

所述特殊關聯結構包括：依次設置氦氖激光器、光束擴展儀、線偏振片、空間光調制器、第一圓孔、薄透鏡、第二圓孔、準直透鏡、高斯振幅濾波片；

所述氦氖激光器產生單色激光束，經過光束擴展儀，然后再經過線偏振片投射到空間光調制器上，接著穿過第一圓孔的光經過薄透鏡再穿過第二圓孔，依次經過準直透鏡和高斯振幅濾波片產生部分相干光束；

部分相干光束通過特殊關聯結構的近軸傳播用柯林斯積分公式表示，通過透鏡聚焦傳輸時，根據廣義惠更斯—菲涅爾衍射積分，傳輸到任意z平面處的交叉譜密度函數為：

其中，是傳播面的任意兩個坐標矢量，z是傳播距離，λ是光波長，k是波數，i是虛數單位；

通過透鏡傳輸的傳輸矩陣為：

將式(2)代入到式(1)中，當時，得到光束的光強

光輻射力是由入射光被一個粒子作為一個整體散射時，光子與微粒之間的動量交換而產生的，輻射力分為散射力和梯度力，分別表示為：

其中n_r＝n_p/n_m，n_r為粒子的相對折射率，a₀為粒子半徑，為光束出射面光強；

利用拉蓋爾非均勻關聯光束對粒子的散射力和梯度力進行計算，用拉蓋爾非均勻關聯光束對粒子進行多位置同時捕獲不同折射率的粒子，并通過調控其關聯結構對捕獲的粒子進行操縱。

2.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述空間光調制器是一個用計算機全息法設計的相位光柵。

3.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述第一圓孔篩選全息圖的一級衍射圖樣。

4.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述第二圓孔用于移除額外光線。

5.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述粒子捕獲模塊為焦透鏡，部分相干光束通過焦透鏡會形成穩定的光學勢阱，所述光學勢阱對粒子進行捕獲。

6.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述成像模塊為計算機。

7.根據權利要求1所述的部分相干光束捕獲和操縱粒子的方法，其特征在于，所述部分相干光束為拉蓋爾非均勻關聯光束。