CN114002161B - 一种微颗粒片上偏振传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，包括半波片、聚焦物镜、双光子聚合微结构、成像物镜、滤光片、偏振片、透镜和成像设备；其中，经半波片调节的线偏振激励光束入射到所述聚焦物镜；所述聚焦物镜用于将输入的线偏振激励光束汇聚到所述双光子聚合微结构；所述双光子聚合微结构用于基于入射光束激励产生三次谐波作为样品的光源，对样品进行成像；所述成像物镜用于接收样品的成像光束并进行样品不同位置成像，输入所述滤光片；所述滤光片用于对输入光束进行滤波，去除线偏振激励光，并将得到的三次谐波经所述偏振片输入到所述透镜；所述偏振片用于分析三次谐波的偏振态；所述透镜用于对输入光束汇聚入射到所述成像设备进行成像。

Description

一种微颗粒片上偏振传感器
技术领域
本发明属于集成电路、光学芯片设计与研制领域，具体涉及一种基于双光子聚合结构表面三次谐波的微颗粒片上偏振传感器。
背景技术
光的特点是有振幅、频率、相干性和偏振性。偏振在成像技术中很受关注，可以描述光电场振荡及其状态量度，从遥感到显微镜的使用再到工业监测都有广泛的应用。光的偏振状态对反射面的纹理和形状非常敏感，偏振信息为机器视觉和特征识别提供了新的策略。偏振信息可用于增强图像的对比度和清晰度，当过强或过弱能量进入传感器时其滤波特性可以提高收集的数据的精度，例如镜面重建和植被阴影区遥感。此外，偏振传感还可以与其他光学技术相结合，实现更复杂、更有前景的应用，如用于目标检测的多波段偏振成像、用于精确计量的偏振相关横向剪切干涉仪和用于分析样品结构的光学谐波产生偏振显微镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双光子聚合结构表面三次谐波的微颗粒片上偏振传感器。
光谐波的产生可用于生成新的波长。由于古依相移，三次谐波(TH)在具有聚焦激发的均匀介质的界面处产生，因此表面THG可用于透明微尺寸结构的形状测量，也可作为来自柔性图形结构的相干光源。通过制造这种结构，可以将聚合结构中的表面三次谐波(TH)传递到片上传感应用的目标位置。由于双光子聚合(TPP)微结构的任意设计性和高空间分辨率，通过无掩模飞秒激光直写(FsLDW)的双光子聚合(TPP)微结构在片上光流体应用的各种微光学元件中具有广阔的应用前景。因此，TPP结构中的三次谐波以作为微粒子片上传感的相干源。
本文展示了一种用于检测微粒的片上微偏振计。通过FsLDW将TPP结构集成到光流控芯片中，以TPP结构表面出现的THs为光源对样品进行成像。三次谐波(TH)是线偏振的，因此可以通过控制激励光束的偏振来调节它的偏振状态。通过分析样品的线性偏振度(DoLP)，得知其强度与非偏振图像的强度相反。DoLP中的特征细节也不同于非偏振图像，因此片上偏振成像可以很好地弥补传统成像，提高对比度，为微粒子和细胞的传感和监测提供信息。
本发明的技术方案为：
一种微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，包括半波片、聚焦物镜、双光子聚合微结构、成像物镜、滤光片、偏振片、透镜和成像设备；其中，
经半波片调节的线偏振激励光束入射到所述聚焦物镜；所述聚焦物镜用于将输入的线偏振激励光束汇聚到所述双光子聚合微结构；
所述半波片用于控制线偏振激励光束的偏振状态；
所述双光子聚合微结构用于基于入射光束激励产生三次谐波作为样品的光源，对样品进行成像；
所述成像物镜用于接收样品的成像光束并进行样品不同位置成像，输入所述滤光片；
所述滤光片用于对输入光束进行滤波，去除线偏振激励光，并将得到的三次谐波经所述偏振片输入到所述透镜；所述偏振片用于分析三次谐波的偏振态；
所述透镜用于对输入光束汇聚入射到所述成像设备进行成像。
进一步的，通过无掩模飞秒激光直写将所述双光子聚合微结构集成到光流控芯片中。
进一步的，所述滤光片为750nm短通滤光片。
进一步的，所述聚焦物镜的数值孔径为0.65。
进一步的，所述成像物镜为数值孔径为0.45的20倍成像物镜。
进一步的，所述成像设备为CMOS相机或成像光谱仪。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明展示了一种用于检测微粒的片上微偏振计，具有高度集成性。通过双光子聚合实现的微结构，具有制造灵活性。微结构表面三次谐波为线偏振光，可以对比分析与微纳颗粒作用的偏振现象。
附图说明
图1是非线性谐波测量系统原理图。
图2是双光子聚合微结构表面三次谐波微粒子测量原理图。
图3是双光子聚合系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
基于表面THG的微粒子片上偏振传感的光学布局技术
图1显示了片上偏振传感系统的光学布局。当强光束紧密聚焦在样品界面处时，可以观察到表面THs。如图1所示，线偏振激励光束通过聚焦物镜聚焦在TPP结构上，数值孔径(NA)为0.65。旋转半波片控制激励光束的线偏振方向。该图像由0.45NA的20倍成像物镜捕获。为了去除激励波长并获得纯THs，在成像物镜后面采用了750nm短通滤光片。利用偏振片析了表面THs的偏振态，并利用CMOS相机记录了表面THs所照射的图像。
如图2所示，制作了TPP微型SU-8结构并直接集成到光流控系统中。通过简单的垂直泵送TPP结构，样品附近的小体积表面THs可以作为偏振传感器的输入源，只需滤除激发波长即可得到纯THs照射下的图像。当泵浦光束紧密聚焦在TPP微圆柱体的表面时，可以观察到绿色TH源。通过沿柱面扫描激发，TH源可以在一个含有微粒子的大区域内照亮样品。
通过双光子聚合制备样品技术
图3显示了用于三维微尺寸结构的双光子聚合的国产FsLDW系统的构型。飞秒激光源的中心波长为780nm，重复频率为80MHz，光脉冲的持续时间通常小于100fs，平均功率大于140mW。飞秒激光源采用数值孔径(NA)为0.7的60倍物镜聚焦。飞秒激光可以在SU-8薄膜内部传输，通过沿设计的图案扫描激光光斑可以实现三维图案。为了制作微型SU-8结构，首先将SU-8薄膜在65℃下预烤1分钟，然后在95℃下烘烤25分钟。然后冷却薄膜，将飞秒激光光斑在薄膜内部扫描为设计的图案。扫描后，在65℃下烤1分钟，在95℃下后烘烤5分钟以进一步交联。SU-8具有聚合物体积收缩率低、力学性能好、热稳定性高等优点，可以制备具有复杂几何形状的高纵横比结构。通过沿着设计的路径扫描激光光斑可以创建各种图案。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，包括半波片、聚焦物镜、双光子聚合微结构、成像物镜、滤光片、偏振片、透镜和成像设备；其中，
经半波片调节的线偏振激励光束入射到所述聚焦物镜；所述聚焦物镜用于将输入的线偏振激励光束汇聚到所述双光子聚合微结构；所述双光子聚合微结构为微圆柱体；
所述半波片用于控制线偏振激励光束的偏振状态；
所述双光子聚合微结构用于基于入射光束激励产生三次谐波作为样品的光源，对样品进行成像；
所述成像物镜用于接收样品的成像光束并进行样品不同位置成像，输入所述滤光片；
所述滤光片用于对输入光束进行滤波，去除线偏振激励光，并将得到的三次谐波经所述偏振片输入到所述透镜；所述偏振片用于分析三次谐波的偏振态；
所述透镜用于对输入光束汇聚入射到所述成像设备进行成像。
2.如权利要求1所述的微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，通过无掩模飞秒激光直写将所述双光子聚合微结构集成到光流控芯片中。
3.如权利要求1所述的微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，所述滤光片为750nm短通滤光片。
4.如权利要求1或2或3所述的微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，所述聚焦物镜的数值孔径为0.65。
5.如权利要求1或2或3所述的微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，所述成像物镜为数值孔径为0.45的20倍成像物镜。
6.如权利要求1或2或3所述的微颗粒片上偏振传感器，其特征在于，所述成像设备为CMOS相机或成像光谱仪。
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