CN109065209B - 一种基于空心光束的双模输出光镊 - Google Patents

一种基于空心光束的双模输出光镊 Download PDF

Info

Publication number
CN109065209B
CN109065209B CN201811026301.6A CN201811026301A CN109065209B CN 109065209 B CN109065209 B CN 109065209B CN 201811026301 A CN201811026301 A CN 201811026301A CN 109065209 B CN109065209 B CN 109065209B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
laser
light
hollow
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811026301.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109065209A (zh
Inventor
马红玉
李建郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201811026301.6A priority Critical patent/CN109065209B/zh
Publication of CN109065209A publication Critical patent/CN109065209A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109065209B publication Critical patent/CN109065209B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/006—Manipulation of neutral particles by using radiation pressure, e.g. optical levitation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

一种基于空心光束的双模输出光镊，包括依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；激光器发出的激光由耦合透镜聚焦后以偏离多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，激光的入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；从多模光纤出射的光束经聚焦透镜后入射至激光腔内的晶体上，晶体受激产生的两束波长不同的光束从激光腔输出后由分光透镜分为两路：一路为穿过分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由分光透镜和反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。本发明光镊可以双模输出空心光束分别作为捕获光和探测光，空心光束不会影响微观粒子的活性，而且也简化了结构。

Description

一种基于空心光束的双模输出光镊
技术领域
本发明属于应用光学技术领域，特别涉及一种可以双模输出空心光束的光镊。
背景技术
光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，可利用光的辐射压力实现对微小粒子的操作。现有的光镊所产生的光束多为实心光束，因此微观粒子会被囚禁在中心光强较强区域。对于活性微观粒子来说，由于实心光束的中心激光光强较强，会降低粒子的活性，甚至会杀死粒子；而且在探测时，实心光束的强光也会干扰探测荧光，对成像图带来较大的干扰。而且现有的光镊系统一般采用两套光源来分别产生捕获光和探测光，光路结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单紧凑的、可双模输出空心光束的光镊。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种基于空心光束的双模输出光镊，包括：沿光路依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；所述激光器发出的激光由所述耦合透镜聚焦后以偏离所述多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，激光的入射位置与所述多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；从所述多模光纤出射的光束经所述聚焦透镜后入射至所述激光腔内的晶体上，晶体受激产生两束波长不同的光束从所述激光腔输出后由所述分光透镜分为两路：一路为穿过所述分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由所述分光透镜和所述反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。
优选的，还包括单模光纤，所述激光器输出的激光经所述单模光纤入射至所述耦合透镜。
优选的，还包括设置于探测光的光路上的斩波器，所述斩波器用于控制探测光路的通断。
更具体的，所述斩波器设置于所述分光透镜和所述反射透镜之间。
更具体的，所述激光腔由第一凹面镜和第二凹面镜组成，所述第一凹面镜上镀有可让所述激光器输出的激光透过的增透膜和可让晶体受激产生的激光反射的高反膜，所述第二凹面镜上镀有可让晶体受激产生的光束反射的第一部分透过膜和第二部分透过膜。
更具体的，所述激光器采用波长为808nm的半导体激光器，所述激光腔内的晶体为Nd:YVO4晶体，所述第一凹面镜上镀有808nm增透膜和1064nm高反膜，所述第二凹面镜上镀有1064nm部分透过膜和1176nm部分透过膜，所述分光透镜上镀有1176nm高反膜和1064nm增透膜，所述反射透镜上镀有1176nm高反膜。
更具体的，所述分光透镜为45°二向色镜。
更具体的，所述反射透镜为平面镜。
更具体的，所述耦合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的焦距均为4.5mm。
由以上技术方案可知，本发明采用空心光束作为捕获光和探测光，由于输出的光束中心为暗区，可以将微观粒子控制在中心暗区，空心光束不会对待操控粒子进行激发，从而不会降低粒子活性。而且本发明可同时产生捕获光和探测光，不需额外架设探测光路，激光器为直腔，简化了结构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为激光离轴入射的示意图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
空心光束的中心为暗区，发明人研究发现，当将空心光束应用于捕获和导引原子、形成光学势阱、囚禁冷原子以及操纵微小粒子时，由于微小粒子位于光束的中心暗区，空心光束不会对粒子进行激发，有利于保持粒子的活性。现有的产生空心光束的方法很多，如遽逝波法、计算全息图法、空心光纤法、角锥法、衍射光学元件共振腔等。遽逝波法可以在介质表面产生很强大的偶极势阱，但是此势阱区域很小(μm量级)，并且受限于介质表面的形状。计算全息图法或者角锥法需要特定结构的光栅和角锥，制作有难度，而且此两种方法产生的空心光束中心暗斑不完全为黑。采用空心光纤产生空心光束的方法耦合效率较低，仅为50％左右；通过在激光谐振腔里面加入衍射元件的方法会改变整个光路，在应用中受到限制。
本发明方法的基本思路是：将空心光束应用于光镊中，光镊的捕获光和探测光均为空心光束，空心光束采用激光离轴入射至多模光纤的方式产生。在光纤中传播的光线遵从光线方程，光纤中具有两种射线，一种是子午光线，另外一种是斜光线，子午光线在光纤的子午面内传播，子午面是过光纤中心轴的平面，激光在光纤中的传播为子午光线。发明人发现，离轴入射的激光在光纤中传播的射线会被限制在环形圈中，从而可以输出空心光束，这种方法产生空心光束的耦合效率很高，可以达到80％，而且采用多模光纤产生的空心光束的中心暗斑为全黑，这样的光斑在导引和捕获原子等微小粒子上的应用十分有利。
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本实施例的光镊包括激光器LD、耦合透镜组、多模光纤、聚焦透镜L3、激光腔、分光透镜M3、反射透镜M4以及斩波器Switch。本实施例的激光器LD采用波长为808nm的半导体激光器，激光器LD输出的激光经单模光纤输出后，由耦合透镜组耦合入射至多模光纤中。本实施例在耦合透镜组和激光器LD之间设置单模光纤，单模光纤的作用是方便将激光源引至光路中，当空间位置合适时，也可以不用单模光纤，直接将激光器LD发出的激光耦合至多模光纤中。
本实施例的耦合透镜组由第一透镜M1和第二透镜M2组成，第一透镜M1和第二透镜M2的焦距均为4.5mm。从单模光纤出射的激光经由耦合透镜组聚焦后以偏离多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，如图2所示，入射激光偏离多模光纤的中心轴入射至多模光纤中，即激光不沿光纤的中心轴入射，而是偏离光纤的中心轴并沿与光纤的中心轴相平行的方向入射，激光的入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离可为15μm～50μm，激光在此范围内离轴入射均可产生空心光束。本实施例的多模光纤的纤芯直径为300μm，激光入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离为30μm。
从多模光纤出射的空心光束经聚焦透镜L3后入射至由第一凹面镜M1和第二凹面镜M2组成的激光腔中，激光腔内的晶体受激产生对应的激光。本实施例的第一凹面镜M1的曲率为300mm，第一凹面镜M1的凹面上镀有808nm增透膜(98％)和1064nm高反膜(99％)。第二凹面镜M2的曲率也为300mm，第二凹面镜M2的凹面上镀有1064nm部分透过膜(0.2％)和1176nm部分透过膜(0.2％)。本实施例的晶体为Nd:YVO4(掺钕钒酸钇)晶体，尺寸为3mm*3mm*10mm，空心光束汇聚入射到激光腔内的晶体上激发输出1064nm的基频光和1176nm的拉曼光。
由激光腔输出的两束光束经分光透镜M3分成两路，一路是1176nm的空心拉曼散射光，用于作为探测光；另一路是1064nm的空心基频光束，用于作为捕获光。本实施例的分光透镜M3为45°二向色镜，分光透镜M3上镀有1176nm高反膜(99％)和1064nm增透膜(98％)。激光腔输出的基频光经过分光透镜M3后入射至样品区内的待测物上，激光腔输出的拉曼空心光被分光透镜M3反射后入射至反射透镜M4处，并由反射透镜M4反射至样品区内的待测物上。本实施例的反射透镜M4为平面镜，其上镀有1176nm高反膜(99.9％)。本实施例的斩波器Switch设置于分光透镜M3和反射透镜M4之间，用于控制探测光路的通/断。
下面对本发明的工作原理作进一步的说明：
由激光器LD发射的激光经单模光纤和耦合透镜组后，离轴入射至多模光纤中，多模光纤输出空心光束，空心光束经聚焦透镜L3入射至激光腔中，激光腔内的晶体受激产生1064nm空心激光束和1176nm空心拉曼光，由于入射至激光腔的光束是空心光束，因此激发的光束依然也会是空心光束；
从激光腔出射的空心光束在分光透镜M3处被分离：一路是1064nm透射光(基频光)，一路是1176nm反射光(拉曼光)，透射空心光束传播至样品区，对样品进行捕获；确定样品捕获后，打开斩波器Switch，1176nm拉曼光依次经分光透镜M3和反射透镜M4的反射照射至样品区的待测物上，激发样品荧光，CCD镜头记录荧光，即可得到样品信息。
本发明的光镊输出的捕获光和探测光均为空心光束，光束中心为暗区，可以将微观粒子控制在中心暗区，与实心圆斑光束相比，空心光束不会对待操控粒子进行激发，不会降低粒子活性。而且本发明可同时产生捕获光和探测光，不需额外架设探测光路，简化了结构，激光器为直腔，结构较为紧凑。在优选方案中，使晶体受激产生拉曼激光作为探测光，拉曼光的光束质量更好，脉宽更窄，光谱纯度更高，用拉曼光对微观粒子测量时，可以得到粒子的精细分子结构和物质信息。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于，包括：沿光路依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；
所述激光器发出的激光由所述耦合透镜聚焦后以偏离所述多模光纤的中心轴的方式入射至所述多模光纤中，激光的入射位置与所述多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；
从所述多模光纤出射的光束经所述聚焦透镜后照射至所述激光腔内的晶体上，晶体受激产生的两束波长不同的光束从所述激光腔输出后由所述分光透镜分为两路：一路为穿过所述分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由所述分光透镜和所述反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。
2.如权利要求1所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：还包括单模光纤，所述激光器输出的激光经所述单模光纤入射至所述耦合透镜。
3.根据权利要求1或2所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：还包括设置于探测光的光路上的斩波器，所述斩波器用于控制探测光路的通断。
4.根据权利要求3所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述斩波器设置于所述分光透镜和所述反射透镜之间。
5.如权利要求1所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述激光腔由第一凹面镜和第二凹面镜组成，所述第一凹面镜上镀有可让所述激光器输出的激光透过的增透膜和可让晶体受激产生的激光反射的高反膜，所述第二凹面镜上镀有可让晶体受激产生的光束反射的第一部分透过膜和第二部分透过膜。
6.如权利要求5所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述激光器采用波长为808nm的半导体激光器，所述激光腔内的晶体为Nd:YVO4晶体，所述第一凹面镜上镀有808nm增透膜和1064nm高反膜，所述第二凹面镜上镀有1064nm部分透过膜和1176nm部分透过膜，所述分光透镜上镀有1176nm高反膜和1064nm增透膜，所述反射透镜上镀有1176nm高反膜。
7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述分光透镜为45°二向色镜。
8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述反射透镜为平面镜。
9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述耦合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的焦距均为4.5mm。
CN201811026301.6A 2018-09-04 2018-09-04 一种基于空心光束的双模输出光镊 Active CN109065209B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811026301.6A CN109065209B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于空心光束的双模输出光镊

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811026301.6A CN109065209B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于空心光束的双模输出光镊

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109065209A CN109065209A (zh) 2018-12-21
CN109065209B true CN109065209B (zh) 2020-05-08

Family

ID=64759552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811026301.6A Active CN109065209B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于空心光束的双模输出光镊

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109065209B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116909117B (zh) * 2023-09-11 2023-11-24 成都理工大学工程技术学院 一种可变距光镊立体成像装置及成像方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1712942A (zh) * 2005-07-15 2005-12-28 中国科学院上海光学精密机械研究所 高灵敏度光镊拉曼光谱仪
CN203894477U (zh) * 2014-05-13 2014-10-22 西安电子科技大学 基于多模光纤的空心光束转换装置
CN104659643A (zh) * 2015-02-12 2015-05-27 天津大学 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器
CN105305205A (zh) * 2015-10-26 2016-02-03 天津大学 一种基于不同拉曼频移的1230nm自拉曼激光器
CN105633785A (zh) * 2015-12-31 2016-06-01 华南师范大学 一种锁模紫外激光器的光路系统
CN105758838A (zh) * 2016-04-11 2016-07-13 北京大学 液体中激光诱导增强拉曼光谱的检测与分选方法及其装置
CN107248695A (zh) * 2017-06-16 2017-10-13 深圳博睿丰科技发展有限公司 一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8345717B2 (en) * 2006-04-13 2013-01-01 Macquarie University Continuous-wave laser

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1712942A (zh) * 2005-07-15 2005-12-28 中国科学院上海光学精密机械研究所 高灵敏度光镊拉曼光谱仪
CN203894477U (zh) * 2014-05-13 2014-10-22 西安电子科技大学 基于多模光纤的空心光束转换装置
CN104659643A (zh) * 2015-02-12 2015-05-27 天津大学 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器
CN105305205A (zh) * 2015-10-26 2016-02-03 天津大学 一种基于不同拉曼频移的1230nm自拉曼激光器
CN105633785A (zh) * 2015-12-31 2016-06-01 华南师范大学 一种锁模紫外激光器的光路系统
CN105758838A (zh) * 2016-04-11 2016-07-13 北京大学 液体中激光诱导增强拉曼光谱的检测与分选方法及其装置
CN107248695A (zh) * 2017-06-16 2017-10-13 深圳博睿丰科技发展有限公司 一种基频光种子注入的窄线宽内腔拉曼激光器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The characteristics of Kerr-lens mode-locked self-Raman Nd:YVO4 1176 nm laser;Zuohan Li et al.;《Optics&Laser Technology》;20161005;第89卷;论文章节1-2、图1 *
利用非相干光源基于多模光纤获得空心光束;李攀 等;《光学学报》;20150430;第35卷(第4期);1-5 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109065209A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110632045B (zh) 一种产生并行超分辨焦斑的方法和装置
WO2018082136A1 (zh) 扫描式激光诱导光谱面范围分析检测系统
Ditlbacher et al. Efficiency of local light-plasmon coupling
JP6275240B2 (ja) １９３ｎｍレーザ及び１９３ｎｍレーザを用いた検査システム
KR102220081B1 (ko) 레이저의 대역폭 감소를 위한 시스템 및 방법과 레이저를 이용한 검사 시스템 및 방법
CN110376135B (zh) 一种太赫兹超分辨显微成像系统
TWI614558B (zh) 深紫外光連續波雷射及產生深紫外光連續波雷射輻射之方法
WO2017049752A1 (zh) 一种基于一阶贝塞尔光束的sted超分辨显微镜及调节方法
JP6692103B2 (ja) テラヘルツ画像の高コントラスト／準リアルタイム取得用のシステム及び方法
JP6220128B2 (ja) テラヘルツ波発生装置及びテラヘルツ波測定方法
WO2020062609A1 (zh) 用于sted光学显微镜的照明系统及sted光学显微镜
CN107192702B (zh) 分光瞳激光共焦cars显微光谱测试方法及装置
JP5463913B2 (ja) 広帯域光増幅器、光パルス発生装置及び光学機器
JP2015535927A (ja) 固体照射光源及び検査システム
JP2000018916A (ja) 計測装置及び計測方法
US20120050733A1 (en) Laser microscope
CN112485232B (zh) 基于一维暗斑分时照明的亚十纳米定位测向方法和装置
US7130042B2 (en) Dual axis fluorescence microscope with modulated input
CN105203222A (zh) 一种基于菲涅耳透镜和cars光谱对火焰一维扫描测温的装置
CN109065209B (zh) 一种基于空心光束的双模输出光镊
CN111879737A (zh) 一种产生高通量超衍射极限焦斑的装置和方法
CN107941777B (zh) 一种抗漂白单分子定位三维超分辨显微系统
RU2579640C1 (ru) Конфокальный спектроанализатор изображений
JP2013104804A (ja) 半導体短パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置
CN215179684U (zh) 一种基于spp热电光镊的多光束拉曼成像系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant