[發明專利]一種芯片型微粒子光懸浮裝置及微粒子捕獲方法

有效

• 申請號: 202110264130.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112635094B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 吳宇列;吳學忠;肖定邦;蒲俊吉;曾凱
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;G01N15/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

本發明公開了一種芯片型微粒子光懸浮裝置，依次順序設有驅動電路板、半導體激光器、微型透鏡組、波片、微粒子腔室、光電探測器；半導體激光器位于驅動電路板上；微型透鏡組用于將半導體激光器發射的散射光束聚焦形成類高斯光束的出射光；波片用于調整出射光的偏振態，實現對微粒子腔室內微粒子的懸浮捕獲；光電探測器用于將接受的光信號轉化為電信號，輸出微粒子腔室內微粒子的狀態信息；芯片型微粒子光懸浮裝置還包括陶瓷壓電片，陶瓷壓電片的振動帶動微粒子腔室，激發微粒子腔室內的微粒子懸浮在微粒子腔室內。

技術領域

本發明涉及光懸浮技術領域，具體涉及一種芯片型微粒子光懸浮裝置及微粒子捕獲方法。

背景技術

自從上世紀八十年代Ashkin利用激光成功實現了對微小粒子進行操控并提出光懸浮技術以來，這種利用激光的輻射壓力效應并通過高聚焦透鏡對細胞等微型顆粒進行無接觸式操縱的方法逐漸成為進行物理學、生物學等基礎研究的重要手段，其優點在于不會對微粒產生機械損傷且捕獲效率和精度高。

光懸浮技術的應用主要歸納為五個大類：生命科學、光子晶體、表面科學及凝聚態物理、微操控及微細加工、材料科學等領域。光懸浮技術誕生后，根據不同的應用需求，發展出了品種繁多的各類光懸浮技術，其中包括空間光懸浮技術、光纖光懸浮技術等。

基于顯微物鏡的傳統空間光懸浮技術采用高數值孔徑的顯微物鏡，并且還需要光束準直器件，耦合器件和增透膜濾光片等光學元件，使整個光懸浮系統光路較為復雜，體積大無法靈活搬運，成本較高，而光纖和硅基波導光懸浮裝置盡管光路簡單，較為靈活，主體尺寸較小，但均采用傳統的箱式半導體激光器，使得總體尺寸仍然較大，無法適用于芯片型器件的需求。

開發這種基于MEMS工藝的高集成度芯片型微粒子光懸浮裝置系統有利于擴展光力領域的應用范圍，降低多學科應用光力技術的研究難度與門檻，特別是為緊湊型慣性傳感單元，如微加速度計、微陀螺儀利用光力效應提供解決方案，為未來芯片型器件利用光懸浮技術進行理論和工程研究提供了可能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種小型化、集成化的一種芯片型微粒子光懸浮裝置及微粒子捕獲方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種芯片型微粒子光懸浮裝置，依次順序設有驅動電路板、半導體激光器、微型透鏡組、波片、微粒子腔室、光電探測器；

所述半導體激光器位于驅動電路板上；

所述微型透鏡組包括第一平凸微透鏡和第二平凸微透鏡，所述第一平凸微透鏡、第二平凸微透鏡的凸面相對設置，且用于將半導體激光器發射的散射光束聚焦形成類高斯光束的出射光；

所述波片用于調整出射光的偏振態，實現對微粒子腔室內微粒子的懸浮捕獲；

所述光電探測器用于將接受的光信號轉化為電信號，輸出微粒子腔室內微粒子的狀態信息；

所述芯片型微粒子光懸浮裝置還包括陶瓷壓電片，所述陶瓷壓電片的振動帶動微粒子腔室，激發微粒子腔室內的微粒子懸浮在微粒子腔室內。

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述芯片型微粒子光懸浮裝置還包括懸臂梁，所述微粒子腔室通過懸臂梁與陶瓷壓電片連接。

所述芯片型微粒子光懸浮裝置還包括支撐件，所述支撐件用于固定第一平凸微透鏡、第二平凸微透鏡、波片、微粒子腔室和光電探測器；所述微粒子腔室相對于第一平凸微透鏡和/或第二平凸微透鏡可移動。

所述支撐件包括第一支撐座、第二支撐座和第三支撐座，所述第一支撐座用于固定第一平凸微透鏡、第二平凸微透鏡、波片；所述第二支撐座用于固定光電探測器，所述第三支撐座用于固定微粒子腔室。