[发明专利]一种基于空心光尺寸调节的光镊操纵方法和装置

说明书

本发明提供了一种基于空心光尺寸调节的光镊操纵方法和装置，包括：将一束调制激光束和另一束被调制激光束入射至非线性介质中并获取空心光；将空心光扩束准直后通过一第三偏振分光立方体使其分成两束子空心光；两束子空心光为第一子空心光和第二子空心光；将第一子空心光入射到第一成像装置中；第二子空心光经过第四聚焦透镜汇聚到样品池中，样品池中喷入有样品微粒，且样品微粒被第二子空心光捕获在其光阱位置；通过调节调制激光束的光强来调节样品微粒的运动。本发明通过调制激光束改变被调制激光束的相位，使被调制激光束远场光强分布表现为中间强度为零周围为一圈高强度激光，再利用该尺寸可调的空心光束对空气中的吸光性微粒进行三维操作。

技术领域

本发明属于非线性光学应用领域，具体涉及一种基于空心光尺寸调节的光镊操纵方法和装置。

背景技术

光镊是指利用激光来操纵微米及亚微米级别微粒的一种微观操作技术。通常其操作是在液体中进行，对于空气中微粒的操作效果甚微。之后根据光泳力基本原理，利用两束或者多数光在空气中成功实现了微粒的三维操作。在光学领域中，空心光束是指横向振幅分布满足高阶贝塞尔函数的光束，其横向光强分布表现为一个中心为暗的一系列同心圆环。根据光泳力基本原理空心光将吸光性微粒捕获在其暗的区域。利用空心光束捕获空气中的吸光性微粒是目前已知最稳定的装置。正是因为空心光束的这种独特的光强分布使其在粒子操控、非线性光学等领域有着非常重要的应用价值。目前，能够实现空气中微粒的操纵方法主要是两束反向传播或多束光束通过改变光束的相对强度或者相对空间位置来实现对微粒的操控。然而这些方法均有各自的缺陷，主要可分为三类：其一是通过改变光束空间相对位置不能做到精确控制，只能使微粒在该方向上运动而不能精确控制其停止位置；其二对于某些光损伤阈值低的微粒，通过改变光束强度进行操作会损伤其物理机，不利于其微粒表面性质的实时原位研究；其三光源产生装置结构复杂，价格昂贵。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种基于空心光尺寸调节的光镊操纵方法和装置，通过一束较强激光束改变被调制激光束的相位，使被调制激光束远场光强分布表现为中间强度为零周围为一圈高强度激光的目的，进而利用该尺寸可调的空心光束对空气中的吸光性微粒进行三维操作。

为了实现上述目的，本发明的采用如下技术方案予以实现：

一种基于空心光尺寸调节的光镊操纵方法，包括以下步骤：

步骤1，获取一束调制激光束并将其聚焦于非线性介质中；

步骤2，获取另一束被调制激光束并将其入射于步骤1中所述的非线性介质中，再通过第一偏振分光立方体后入射到光镊系统；

步骤3，调节调制激光束的光强和非线性介质的位置使得入射到光镊系统的光束横截面为中心暗的空心圆环图样，即入射到光镊系统中的光束为空心光；

其中，还包括以下步骤：

步骤4，将空心光扩束准直后通过一第三偏振分光立方体使其分成两束子空心光；

所述两束子空心光为第一子空心光和第二子空心光，所述第一子空心光为空心光通过第三偏振分光立方体后反射的一束子空心光，所述第二字空心光为空心光穿过第三偏振分光立方体的一束子空心光；

步骤5，将第一子空心光入射到第一成像装置中；第二子空心光经过第四聚焦透镜汇聚到样品池中，所述样品池中喷入有样品微粒，且所述样品微粒被第二子空心光捕获在其光阱位置；

步骤6，通过调节调制激光束的光强来调节第一子空心光和第二子空心光的尺寸，即调节样品微粒在第二子空心光的光轴上进行运动，并通过第二成像装置记录样品微粒的运动情况。

进一步地，所述步骤2中获取另一束被调制激光束并将其入射于步骤1中所述的非线性介质中，再通过第一偏振分光立方体后入射到光镊系统，包括：