[發(fā)明專利]一種光阱中微球重復(fù)起支與懸浮的方法與裝置

在審

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• 申請日: 2021-01-30
• 公開（公告）號: CN112967831A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文強;胡慧珠;李楠;陳杏藩;舒曉武
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種光阱中微球重復(fù)起支與懸浮的方法，其特征在于，利用能對目標(biāo)基板形成光吸收效應(yīng)的加熱激光，聚焦于裝載微球的目標(biāo)基板，光致加熱效應(yīng)導(dǎo)致目標(biāo)基板產(chǎn)生熱膨脹，從而使得微球在熱膨脹作用下獲取瞬時加速度，克服微球與基板間的粘附力實現(xiàn)起支；通過調(diào)節(jié)加熱激光的聚焦光斑尺寸、作用時間與光強，控制基板熱膨脹程度，使微球在脫離基板后進入光阱懸浮區(qū)域，并在光阱力的作用下克服重力實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮；

在完成微球起支并實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮后，通過降低懸浮激光光強的方法降低光阱力，使得微球重新降落在基板上，等待下一次的加熱激光激發(fā)，進而實現(xiàn)微球的重復(fù)起支與光懸浮。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基板表面放置有一個或多個微球，通過顯微成像系統(tǒng)對基板表面的微球位置進行成像觀察，并利用三維位移臺移動微球至激光加熱區(qū)間，從而實現(xiàn)微球起支。

3.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法實現(xiàn)光阱中微球重復(fù)起支與懸浮的裝置，其特征在于：包括激光加熱模塊、光阱懸浮模塊以及成像模塊：

所述的激光加熱模塊用于加熱基板特定區(qū)域，利用基板的熱膨脹使粘附于表面的微球獲得初始加速度脫離基板表面；

所述的光阱懸浮模塊用于構(gòu)造三維光阱，使得微球能夠被穩(wěn)定懸浮于空氣或真空；

所述的成像模塊用于對基板表面進行成像，從而完成對微球起支與懸浮的成像觀測。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的激光加熱模塊包括一個加熱激光器，加熱激光器發(fā)射加熱激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后作用于目標(biāo)基板區(qū)域，通過選擇對加熱激光具有高吸收系數(shù)，對懸浮激光吸收系數(shù)較低的基板，該基板在加熱激光照射下產(chǎn)生熱膨脹從而令粘附與基板表面的微球獲取瞬時加速度脫離基板表面，基板對懸浮激光吸收系數(shù)較低可以保證懸浮激光能夠透過基板從而在其上方形成光阱懸浮區(qū)域，基板上載有待懸浮微球，通過調(diào)節(jié)位移臺移動目標(biāo)微球至加熱區(qū)間完成起支。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的光阱懸浮模塊用于懸浮微球于空氣或真空中，包括一個高功率激光器，用于發(fā)射高功率激光完成微球的光阱懸浮，通過兩個準(zhǔn)直透鏡進行準(zhǔn)直擴束后，經(jīng)反射鏡將水平方向激光調(diào)節(jié)為豎直方向，并使用聚焦物鏡構(gòu)成三維光阱，用于實現(xiàn)微球的懸浮。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的成像模塊用于對基板表面微球進行成像，其包含匯聚物鏡用于收集照明光，并成像于CCD表面以完成對微球的成像觀測。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的光阱懸浮區(qū)域位于目標(biāo)微球的正上方，保證微球在起支后可以被光阱捕獲懸浮。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的微球為尺寸介于納米至毫米量級的球形粒子。