CN103592753A - 全息光镊装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全息光镊技术领域，特别涉及一种全息光镊装置，TEM00模态线偏正激光依次经过准直扩束单元、偏振态调整单元、反射单元、空间光调制器、光路压缩单元后入射至物镜中，所述物镜将入射的光线汇聚后在样品池中形成全息光镊，从准直扩束单元到光路压缩单元的光线呈Z字状布置，将准直扩束单元到光路压缩单元的光线呈Z字状布置后，可有效减少整个装置的体积，通过对反射单元调整入射到空间光调制器上光线的角度，保证入射光与空间光调制器的法线角度不大于7°。

Description

全息光镊装置

技术领域

本发明涉及全息光镊技术领域，特别涉及一种全息光镊装置。

背景技术

全息光镊技术采用计算机设计的衍射光学元件对入射至空间光调制器的光进行光调制，可以同时产生多个光阱和特殊功能光阱，具有三维动态控制样品的能力，因而被看作对传统经典光镊技术的革命。全息光镊技术可用于对细胞、微粒的连续分馏和对尺寸的精确筛选，采用全息光镊产生的特殊光阱如光瓶阵列可用于操纵原子、量子计算。此外，全息光镊还用于驱动微粒旋转、计量微纳尺度物体的粘弹性、操纵纳米材料构建新型功能的三维微观结构和器件等方面的科学研究，具有较高的应用价值。

目前全息光镊实验装置存在光路长，光学器件及调整架体积大，整个光学系统占用空间大等问题。尤其是使用时要求入射光与空间光调制器的法线角度不大于7°，增加了光路布置的难度和空间的占用，从而影响了该技术的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全息光镊装置，满足空间光调制器使用要求的前提下，实现小型化，便于安装、携带。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种全息光镊装置，TEM00模态线偏振激光依次经过准直扩束单元、偏振态调整单元、反射单元、空间光调制器、光路压缩单元后入射至物镜中，所述物镜将入射的光线汇聚后在样品池中形成全息光镊，从准直扩束单元到光路压缩单元的光线呈Z字状布置。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：将准直扩束单元到光路压缩单元的光线呈Z字状布置后，可有效减少整个装置的体积，通过对反射单元调整入射到空间光调制器上光线的角度，保证入射光与空间光调制器的法线角度不大于7°。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1，一种全息光镊装置，TEM00模态线偏振激光依次经过准直扩束单元10、偏振态调整单元20、反射单元30、空间光调制器40、光路压缩单元50后入射至物镜60中，所述物镜60将入射的光线汇聚后在样品池70中形成全息光镊，从准直扩束单元10到光路压缩单元50的光线呈Z字状布置。通过紧凑布置各单元，充分缩小整个装置的体积，使得该装置便于携带。

进一步来说，机座90由第一、二、三直通腔室段91、92、93构成，第一、三直通腔室段91、93彼此平行且第二直通腔室段92的两端分别与第一、三直通腔室段连通，第一、二、三直通腔室段91、92、93构成所述的Z字状；由于需要保证空间光调制器40上的入射角度，所以第二、三直通腔室段92、93的夹角较小，在实际布置中，构成第二、三直通腔室段92、93的腔室壁部分有较多重合，由图1中就能看出。第一直通腔室段91的光线入口端布置所述的准直扩束单元10，第一直通腔室段91的中段位置处布置所述的偏振态调整单元20，反射单元30包括布置在第一、二直通腔室段91、92相交处的第一、二反射镜31、32，第一、二反射镜31、32将第一直通腔室段91中的光线反射至第二直通腔室段92中，第二、三直通腔室段92、93相交处布置所述的空间光调制器，空间光调制器40对第二直通腔室段92中的光线进行调制后反射至第三直通腔室段93，第三直通腔室段93光线出口端布置所述的光路压缩单元50。通过加工出Z字形状的机座90，再将各单元布置在机座90上，即可实现体积小的全息光镊装置，便于携带。

机座90的形状不一定非要如此加工，只要保证光线的走向呈Z字状即可。另外，第一、二直通腔室段91、92相交处是开口状的，便于布置所述的反射单元30；第二、三直通腔室段92、93相交处也是开口状的，便于布置所述的空间光调制器40。

更进一步地，为了进一步使得整个装置紧凑，所述的准直扩束单元10为一个扩束镜，TEM00模态线偏振激光经扩束镜扩束后的光直径大于等于空间光调制器40的对角尺寸；所述的偏正态调整单元20为一个半波片，半波片调整扩束后的光线偏振态与空间光调制器40所要求的偏振态相一致。

考虑到各单元在布置时，位置不一定正好吻合，有时需要进行微调。本发明优选实施例中，所述的空间光调制器40通过支架80固定在机座90上；所述第一、二反射镜31、32通过镜座33固定在机座90上，镜座33相对于机座90的角度可进行微调，空间光调制器40相对于支架80的角度可进行微调。

更进一步地，考虑到调节的角度不是很大，仅通过调节第二反射镜32和支架80即可，因此可以固定第一反射镜31的位置。所述的扩束镜、半波片轴芯重合，第一反射镜31与半波片的轴芯呈45°夹角，第二反射镜32与第一反射镜31的夹角大于90°且小于97°。

作为本发明的优选方案，所述的光路压缩单元50包括倒置望远镜51和第三反射镜52，经空间光调制器40调制后的光线进入倒置望远镜51中进行压缩与物镜60的入瞳相匹配；第三反射镜52与倒置望远镜51的轴芯呈45°夹角，第三反射镜52将倒置望远镜51压缩后的光线反射至物镜60中，物镜60位于第一、二直通腔室段91、92相交处的旁侧，即从第三反射镜52入射至物镜60的一段光线是垂直于第三直通腔室段93的且由第三直通腔室段93一侧指向第一直通腔室段91一侧，从图1中我们可以看出，第一直通腔室段91布置有第一反射镜31的一端外侧也即第一、二反射镜31、32的背面区域处与光路压缩单元50之间的区域部分有一闲置区域，将物镜60布置在这个区域使得整个系统更为紧凑。所述物镜60的焦平面和空间光调制器40的表面共轭。

Claims (7)

1.一种全息光镊装置，其特征在于：TEM00模态线偏振激光依次经过准直扩束单元（10）、偏振态调整单元（20）、反射单元（30）、空间光调制器（40）、光路压缩单元（50）后入射至物镜（60）中，所述物镜（60）将入射的光线汇聚后在样品池（70）中形成全息光镊，从准直扩束单元（10）到光路压缩单元（50）的光线呈Z字状布置。

2.如权利要求1所述的全息光镊装置，其特征在于：机座（90）由第一、二、三直通腔室段（91、92、93）构成，第一、三直通腔室段（91、93）彼此平行且第二直通腔室段（92）的两端分别与第一、三直通腔室段连通，第一、二、三直通腔室段（91、92、93）构成所述的Z字状；第一直通腔室段（91）的光线入口端布置所述的准直扩束单元（10），第一直通腔室段（91）的中段位置处布置所述的偏振态调整单元（20），反射单元（30）包括布置在第一、二直通腔室段（91、92）相交处的第一、二反射镜（31、32），第一、二反射镜（31、32）将第一直通腔室段（91）中的光线反射至第二直通腔室段（92）中，第二、三直通腔室段（92、93）相交处布置所述的空间光调制器，空间光调制器（40）对第二直通腔室段（92）中的光线进行调制后反射至第三直通腔室段（93），第三直通腔室段（93）光线出口端布置所述的光路压缩单元（50）。

3.如权利要求2所述的全息光镊装置，其特征在于：所述的准直扩束单元（10）为一个扩束镜，TEM00模态线偏振激光经扩束镜扩束后的光直径大于等于空间光调制器（40）的对角尺寸；所述的偏振态调整单元（20）为一个半波片，半波片调整扩束后的光线偏振态与空间光调制器（40）所要求的偏振态相一致。

4.如权利要求3所述的全息光镊装置，其特征在于：所述的空间光调制器（40）通过支架（80）固定在机座（90）上；所述第一、二反射镜（31、32）通过镜座（33）固定在机座（90）上，镜座（33）相对于机座（90）的角度可进行微调，空间光调制器（40）相对于支架（80）的角度可进行微调。

5.如权利要求4所述的全息光镊装置，其特征在于：所述的扩束镜、半波片轴芯重合，第一反射镜（31）与半波片的轴芯呈45°夹角，第二反射镜（32）与第一反射镜（31）的夹角大于90°且小于97°。

6.如权利要求1～5任一项所述的全息光镊装置，其特征在于：所述的光路压缩单元（50）包括倒置望远镜（51）和第三反射镜（52），经空间光调制器（40）调制后的光线进入倒置望远镜（51）中进行压缩与物镜（60）的入瞳相匹配；第三反射镜（52）与倒置望远镜（51）的轴芯呈45°夹角，第三反射镜（52）将倒置望远镜（51）压缩后的光线反射至物镜（60）中，物镜（60）位于第一、二直通腔室段（91、92）相交处的旁侧。

7.如权利要求6所述的全息光镊装置，其特征在于：所述物镜（60）的焦平面和空间光调制器（40）的表面共轭。