[发明专利]远场多光学捕获装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种远场多光学捕获装置及方法。

背景技术

光学捕获(Optical Trapping)是利用聚焦光束产生的辐射力操控微粒的一种技术。该技术始于上世纪70年代，经过几十年的发展，已经被证明是一种非常有效的工具，广泛应用于生物、医学、化学及物理等多个领域。1970年，美国贝尔实验室的A.Ashkin首次报告了光束对微米尺度的粒子可产生散射力和梯度力，并随后在1986年实验展示了一种单光束梯度力光学捕获装置，即现在所说的光镊(Optical Tweezers)。

为进一步增强光镊的功能，一些可同时捕获多个粒子的多光学捕获技术被陆续提出，例如：利用衍射光学元件、微透镜阵列、干涉光束、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列或光纤阵列同时获得多个热点(Hot Spots)可同时捕获多个粒子。但是，发明人发现，现有技术多数是在光镊中使用高数值孔径物镜，由于高数值孔径物镜有限的视场从而限制了捕获粒子的数量和尺寸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远场多光学捕获装置及方法，实现灵活地调控捕获粒子的数量和尺寸。

本发明实施例提供一种远场多光学捕获装置，包括：

第一光源，用于向偏振转换器发射平行光束；

所述偏振转换器，用于将所述平行光束转换为高级次的轴对称偏振光束并将所述高级次的轴对称偏振光束发射至扩束系统；

所述扩束系统，用于将所述高级次的轴对称偏振光束扩束成设定大小的光斑，并将所述设定大小的光斑入射至二向色性分束镜；

所述二向色性分束镜，用于将所述设定大小的光斑经反射后入射至一放置在培养皿中的水浸透镜中；

所述水浸透镜，放置在一培养皿中，用于将所述设定大小的光斑聚焦后得到一聚焦场；其中，所述培养皿中包含设定类型的介质粒子，所述高级次的轴对称偏振光束经所述聚焦场捕获所述聚焦场附近的所述介质粒子，所述捕获的介质粒子的数量由所述聚焦场的焦点数量确定。

本发明实施例还提供一种远场多光学捕获方法，包括：

通过第一光源向偏振转换器发射平行光束；

通过所述偏振转换器将所述平行光束转换为高级次的轴对称偏振光束，并将所述高级次的轴对称偏振光束发射至扩束系统；

通过所述扩束系统将所述高级次的轴对称偏振光束扩束成设定大小的光斑，并将所述设定大小的光斑入射至二向色性分束镜；

通过所述二向色性分束镜将所述设定大小的光斑经反射后入射至一放置在培养皿中的水浸透镜中；

通过所述水浸透镜将所述设定大小的光斑聚焦后得到一聚焦场；其中，所述培养皿中包含设定类型的介质粒子，所述高级次的轴对称偏振光束经所述聚焦场捕获所述聚焦场附近的所述介质粒子，所述捕获的介质粒子的数量取决于所述聚焦场的焦点数量。

本发明提供的远场多光学捕获装置及方法，通过调整第一光源的功率调整高级次的轴对称偏振光束的强度，进而调控介质粒子所受的聚焦场的辐射力大小和聚焦场的强度分布，当聚焦场有多个焦点时可同时捕获多个介质粒子，从而实现对不同介质粒子的操控；通过偏振转换器改变高级次轴对称偏振光束的偏振级次，可以调控聚焦场的焦点数量；此外，通过改变水浸透镜的数值孔径也可以改变聚焦场的强度分布，从而改变介质粒子所受辐射力的大小，从而灵活地调控捕获粒子的数量和尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例轴对称偏振光束的空间偏振分布的示意图；

图2为本发明远场多光学捕获装置一个实施例的结构示意图；

图3为本发明远场多光学捕获装置又一个实施例的结构示意图；

图4为根据图3所示实施例计算得到的聚焦场在焦平面上的强度分布示意图；

图5为根据图3所示实施例计算得到的聚焦场沿光轴方向的强度分布示意图；

图6为根据图3所示实施例得到的两种不同折射率的球形介质粒子所受的梯度力沿x轴向的分布示意图；

图7为根据图3所示实施例得到的两种不同折射率的球形介质粒子所受的梯度力沿光轴的分布示意图；

图8为本发明远场多光学捕获方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式