CN210516246U - 一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，包括物镜(1)、介质多层膜基底(2)、金属微米颗粒(3)、白光光源(8)、671nm激光光源(9)、第一透镜(10)、第二透镜(11)、第一锥形镜(12)、第二锥形镜(13)、偏振片(14)、涡旋半波片(15)、分束镜(16)、短通滤波片(17)、第三透镜(18)、探测器(19)，介质多层膜基底(2)包括载波片(4)、Si3N4层(5)、中间SiO2层(6)和顶层SiO2层(7)。本实用新型捕获区域大：在离焦形成的整个光圈内，金属颗粒都可以被捕获到聚焦中心；捕获区域可控制：通过改变离焦的大小，可以调节聚焦光圈的大小，从而控制聚焦区域的大小。
Description
技术领域
本实用新型涉及光镊捕获和操控微纳颗粒领域，特别涉及一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置。
背景技术
光的对物质有力学效应，在光场中，颗粒会受到梯度力的作用，朝向光强更强的区域，受到散射力的作用，沿着光传播的方向。高斯光束中颗粒受到的总力会将颗粒捕获并束缚在光场中心，然后通过移动光束来移动物体，这种技术手段被称为光镊技术。光镊技术在捕获和操控微纳颗粒方面取得了巨大的成功。
金属颗粒对光具有强散射和吸引的特性，使它们在表面增强拉曼散射、临床诊断和催化等领域有光明的应用前景，因此捕获和操控金属颗粒显得尤为重要。对于微米尺寸的金属颗粒，其散射力非常强，远远超过了梯度力，传统光镊很难捕获这样的金属颗粒。目前，有几种特殊的光镊被用于捕获金属微米颗粒，例如：用扫描的激光光束，将光束聚焦到颗粒底部等。但这些光镊都存在着一定的局限性，其主要存在的问题为：
(1)捕获区域小。捕获的区域只有微米级别，这严重限制了其更广泛的应用。
(2)成本高。扫描激光束需要用到振镜系统；聚焦光束到颗粒底部需要用到电位移台。
实用新型内容
本实用新型的目的克服传统光镊难以捕获金属微米颗粒的困难，提出了一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，该装置实现方便，经济高效，其利用了聚焦的表面布洛赫波，实现了对金属微米颗粒的捕获和操控。
本实用新型实现上述目的的技术方案如下：
一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，包括物镜、介质多层膜基底、金属微米颗粒、白光光源、671nm激光光源、第一透镜、第二透镜、第一锥形镜、第二锥形镜、偏振片、涡旋半波片、分束镜、短通滤波片、第三透镜、探测器，介质多层膜基底包括载波片、Si3N4层、中间SiO2层和顶层SiO2层，盖玻片为最底层，中间由Si3N4层和中间SiO2层交替组成，最后一层Si3N4层上面为顶层SiO2层，顶层SiO2层和中间SiO2层厚度不同；671nm的激光光源所发的671nm激光经过由第一透镜和第二透镜组成的透镜组扩束，然后经过由第一锥形镜和第二锥形镜组成的锥形镜组形成环形光束，再经过偏振片和涡旋半波片变为角向偏振光，最后入射到物镜；环形的角向偏振光经物镜聚焦，在离焦的介质多层膜基底的表面形成聚焦光场，利用聚焦光场来捕获和操控金属微米颗粒；白光光源是照明光源，白光从上方照射到介质多层膜基底表面，然后由物镜收集泄漏的光，收集的光被分束镜反射通过短通滤波片，短通滤波片会把671nm的激光过滤掉，过滤后的光束经过第三透镜，最后成像在探测器上。
其中，所述的物镜是高数值孔径的油浸物镜。
其中，Si3N4层的厚度为88nm，折射率为2.65；中间SiO2层的厚度为105nm，折射率为1.49；顶层SiO2层厚度为490nm，折射率为1.49；底层为盖玻片，厚度为170μm，折射率为1.515。
其中，所述的金属微米颗粒的直径范围为0.8-3μm。
本实用新型和现在有捕获金属微米颗粒的光镊技术相比的优势为：
1、本实用新型捕获区域大：在离焦形成的整个光圈内，金属颗粒都可以被捕获到聚焦中心；
2、本实用新型捕获区域可控制：通过改变离焦的大小，可以调节聚焦光圈的大小，从而控制聚焦区域的大小；
3、本实用新型成本低：整个装置只需要物镜和介质多层膜，就可以捕获和操控金属微米颗粒。
附图说明
图1为本实用新型一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置的结构示意图；
图2为激发和成像光路图；
图3为捕获和操控金属微米颗粒的图像，图3(a)-(d)记录了金属微米颗粒被捕获到聚焦场中心的过程，图3(e)-(f)记录了移动介质多层膜基底，金属微米颗粒可以被操控移动到表面的其他位置的过程。
其中：1、物镜；2、介质多层膜基底；3、金属微米颗粒；4、载波片；5、Si3N4层；6、中间SiO2层；7、顶层SiO2层；8、白光光源；9、671nm激光光源；10、第一透镜；11、第二透镜；12、第一锥形镜；13、第二锥形镜；14、偏振片；15、涡旋半波片；16、分束镜；17、短通滤波片；18、第三透镜；19、探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，附图中相同的标号始终表示相同的部件。
参考图1-2所示的一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，包括：物镜1、介质多层膜基底2、金属微米颗粒3、白光光源8、671nm激光光源9、第一透镜10、第二透镜11、第一锥形镜12、第二锥形镜13、偏振片14、涡旋半波片15、分束镜16、短通滤波片17、第三透镜18、探测器19。介质多层膜基底包括载波片4、Si3N4层5、中间SiO2层6和顶层SiO2层7，载波片4为最底层，中间由Si3N4层5和中间SiO2层6交替组成，最后一层Si3N4层5上面为顶层SiO2层7，顶层SiO2层7和中间SiO2层6厚度不同。
671nm的激光光源9所发的671nm激光经过由第一透镜10和第二透镜11组成的透镜组扩束，然后经过由第一锥形镜12和第二锥形镜13组成的锥形镜组形成环形光束，再经过偏振片14和涡旋半波片15变为角向偏振光，最后入射到物镜1。
环形的角向偏振光经物镜1聚焦，在离焦的介质多层膜基底2的表面形成一个环形的激光圈，介质多层膜基底2表面存在表面布洛赫波模式，环形的激光圈会激发一个环形的二次表面布洛赫波源，环形的表面布洛赫波会向中心传播，形成一个表面聚焦场，在表面聚焦场中，金属微米颗粒会在光力作用下，被捕获到聚焦中心，通过移动介质多层膜基底，金属微米颗粒可以被操控移动到表面的其他位置，从而实现对金属微米颗粒的捕获和操控。
白光光源8是照明光源，白光从上方照射到介质多层膜基底2表面，然后由物镜1收集泄漏的光，收集的光被分束镜16反射通过短通滤波片17，短通滤波片17会把671nm的激光过滤掉，过滤后的光束经过第三透镜18，最后成像在探测器19上，这样就可以实时的记录捕获和操控金属微米颗粒的过程。
本实用新型未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
Claims (4)
1.一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，其特征在于：包括物镜(1)、介质多层膜基底(2)、金属微米颗粒(3)、白光光源(8)、671nm激光光源(9)、第一透镜(10)、第二透镜(11)、第一锥形镜(12)、第二锥形镜(13)、偏振片(14)、涡旋半波片(15)、分束镜(16)、短通滤波片(17)、第三透镜(18)、探测器(19)，介质多层膜基底(2)包括载波片(4)、Si3N4层(5)、中间SiO2层(6)和顶层SiO2层(7)，载波片(4)为最底层，中间由Si3N4层(5)和中间SiO2层(6)交替组成，最后一层Si3N4层(5)上面为顶层SiO2层(7)，顶层SiO2层(7)和中间SiO2层(6)厚度不同；671nm的激光光源(9)所发的671nm激光经过由第一透镜(10)和第二透镜(11)组成的透镜组扩束，然后经过由第一锥形镜(12)和第二锥形镜(13)组成的锥形镜组形成环形光束，再经过偏振片(14)和涡旋半波片(15)变为角向偏振光，最后入射到物镜(1)；环形的角向偏振光经物镜(1)聚焦，在离焦的介质多层膜基底(2)的表面形成聚焦光场，利用聚焦光场来捕获和操控金属微米颗粒(3)；白光光源(8)是照明光源，白光从上方照射到介质多层膜基底(2)表面，然后由物镜(1)收集泄漏的光，收集的光被分束镜(16)反射通过短通滤波片(17)，短通滤波片(17)会把671nm的激光过滤掉，过滤后的光束经过第三透镜(18)，最后成像在探测器(19)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，其特征在于：所述的物镜(1)是高数值孔径的油浸物镜。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，其特征在于：Si3N4层(5)的厚度为88nm，折射率为2.65；中间SiO2层(6)的厚度为105nm，折射率为1.49；顶层SiO2层(7)厚度为490nm，折射率为1.49；底层为盖玻片，厚度为170μm，折射率为1.515。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质多层膜捕获和操控金属微米颗粒的装置，其特征在于：所述的金属微米颗粒(3)的直径范围为0.8-3μm。
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