[發明專利]一種基于空心光尺寸調節的光鑷操縱方法和裝置

有效

• 申請號: 201810030382.0
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108319028B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 程雪梅;陳浩偉;賀博;張倩;白晉濤
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02F1/35;G21K1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 黃小梧

本發明提供了一種基于空心光尺寸調節的光鑷操縱方法和裝置，包括：將一束調制激光束和另一束被調制激光束入射至非線性介質中并獲取空心光；將空心光擴束準直后通過一第三偏振分光立方體使其分成兩束子空心光；兩束子空心光為第一子空心光和第二子空心光；將第一子空心光入射到第一成像裝置中；第二子空心光經過第四聚焦透鏡匯聚到樣品池中，樣品池中噴入有樣品微粒，且樣品微粒被第二子空心光捕獲在其光阱位置；通過調節調制激光束的光強來調節樣品微粒的運動。本發明通過調制激光束改變被調制激光束的相位，使被調制激光束遠場光強分布表現為中間強度為零周圍為一圈高強度激光，再利用該尺寸可調的空心光束對空氣中的吸光性微粒進行三維操作。

技術領域

本發明屬于非線性光學應用領域，具體涉及一種基于空心光尺寸調節的光鑷操縱方法和裝置。

背景技術

光鑷是指利用激光來操縱微米及亞微米級別微粒的一種微觀操作技術。通常其操作是在液體中進行，對于空氣中微粒的操作效果甚微。之后根據光泳力基本原理，利用兩束或者多數光在空氣中成功實現了微粒的三維操作。在光學領域中，空心光束是指橫向振幅分布滿足高階貝塞爾函數的光束，其橫向光強分布表現為一個中心為暗的一系列同心圓環。根據光泳力基本原理空心光將吸光性微粒捕獲在其暗的區域。利用空心光束捕獲空氣中的吸光性微粒是目前已知最穩定的裝置。正是因為空心光束的這種獨特的光強分布使其在粒子操控、非線性光學等領域有著非常重要的應用價值。目前，能夠實現空氣中微粒的操縱方法主要是兩束反向傳播或多束光束通過改變光束的相對強度或者相對空間位置來實現對微粒的操控。然而這些方法均有各自的缺陷，主要可分為三類：其一是通過改變光束空間相對位置不能做到精確控制，只能使微粒在該方向上運動而不能精確控制其停止位置；其二對于某些光損傷閾值低的微粒，通過改變光束強度進行操作會損傷其物理機，不利于其微粒表面性質的實時原位研究；其三光源產生裝置結構復雜，價格昂貴。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明的目的在于，提供一種基于空心光尺寸調節的光鑷操縱方法和裝置，通過一束較強激光束改變被調制激光束的相位，使被調制激光束遠場光強分布表現為中間強度為零周圍為一圈高強度激光的目的，進而利用該尺寸可調的空心光束對空氣中的吸光性微粒進行三維操作。

為了實現上述目的，本發明的采用如下技術方案予以實現：

一種基于空心光尺寸調節的光鑷操縱方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取一束調制激光束并將其聚焦于非線性介質中；

步驟2，獲取另一束被調制激光束并將其入射于步驟1中所述的非線性介質中，再通過第一偏振分光立方體后入射到光鑷系統；

步驟3，調節調制激光束的光強和非線性介質的位置使得入射到光鑷系統的光束橫截面為中心暗的空心圓環圖樣，即入射到光鑷系統中的光束為空心光；

其中，還包括以下步驟：

步驟4，將空心光擴束準直后通過一第三偏振分光立方體使其分成兩束子空心光；

所述兩束子空心光為第一子空心光和第二子空心光，所述第一子空心光為空心光通過第三偏振分光立方體后反射的一束子空心光，所述第二字空心光為空心光穿過第三偏振分光立方體的一束子空心光；

步驟5，將第一子空心光入射到第一成像裝置中；第二子空心光經過第四聚焦透鏡匯聚到樣品池中，所述樣品池中噴入有樣品微粒，且所述樣品微粒被第二子空心光捕獲在其光阱位置；

步驟6，通過調節調制激光束的光強來調節第一子空心光和第二子空心光的尺寸，即調節樣品微粒在第二子空心光的光軸上進行運動，并通過第二成像裝置記錄樣品微粒的運動情況。

進一步地，所述步驟2中獲取另一束被調制激光束并將其入射于步驟1中所述的非線性介質中，再通過第一偏振分光立方體后入射到光鑷系統，包括：