[发明专利]微观粒子操纵方法和装置

说明书

本发明公开了一种微观粒子操纵方法与装置，所述微观粒子操纵方法包括以下步骤：将样品设置在三维纳米控制台上；激光照射同心圆多环带片，激光经所述同心圆多环带片衍射形成小尺度聚焦光斑；调整同心圆多环带片或者三维纳米控制台的位置，以便聚焦光斑落在样品表面；和聚焦光斑落在样品表面后，基于光阱力，聚焦光斑捕获并操纵样品。本发明的微观粒子操纵方法能够利用同心圆多环带片产生的小尺度聚焦光斑捕获和操纵亚波长尺度微观粒子。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，具体地，涉及一种微观粒子操纵方法和装置。

背景技术

19世纪70年代，英国物理学家麦克斯韦创立了电磁理论，指出光的本质是电磁波，他根据经典电磁理论预言了光压的存在，即当光照射到物质表面时，将对物质表面施加一定的压力，首次提出了光的作用力即辐射压力的概念。1899年，俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压，证实了麦克斯韦的预言。1905年，爱因斯坦光子假设又进一步说明了光压存在的合理性。因此，当光在物体表面及内部发生反射、折射和吸收等现象时将会引起光子动量的变化，此时光子的动量将传递给物体，使物体受到了光辐射压力的作用，在光子与物质相互作用的过程中遵循能量和动量守恒定律。1986年，美国学者Ashkin等采用大数值孔径显微物镜会聚单束激光，首次实现了对微观粒子的三维光学捕获。

目前，基于传统光学显微镜的光学操纵技术是将激光束经显微物镜聚焦后产生光学势阱，继而用于捕获及操纵粒子。由于传统光学显微物镜聚焦光斑尺度受阿贝衍射极限λ/2(λ为照明光波长)的限制，因而仅可以对微米量级的粒子进行稳定操控，而且形成的聚焦光斑在光轴方向上被拉长，造成轴向捕获长度大于横向捕获长度，就会容易在轴向同时捕获多个粒子，捕获的精度和稳定性降低。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种微观粒子操纵方法，该微观粒子操纵方法能够产生小尺度聚焦光斑，能够操纵亚波长尺度微观粒子。

本发明的实施例提出一种微观粒子操纵装置，该微观粒子操纵装置能够利用同心圆多环带片产生的小尺度聚焦光斑捕获和操纵亚波长尺度微观粒子。

根据本发明实施例的微观粒子操纵方法包括以下步骤：

将样品设置在三维纳米控制台上；

激光照射同心圆多环带片，激光经所述同心圆多环带片衍射形成小尺度聚焦光斑；

调整同心圆多环带片或者三维纳米控制台的位置，以便聚焦光斑落在样品表面；和

聚焦光斑落在样品表面后，基于光阱力，聚焦光斑捕获并操纵样品。

根据本发明实施例的微观粒子操纵方法，同心圆多环带片能够产生小尺度聚焦光斑，聚焦光斑能够捕获并操纵样品。因此相对现有的光学操纵技术，本发明实施例的微观粒子操纵方法能够操纵更小级别的粒子。

在一些实施例中，激光由激光器发出，激光器发出的激光经准直透镜准直后照射同心圆多环带片。

在一些实施例中，聚焦光斑捕获样品后，继续调整同心圆多环带片或者三维纳米控制台的位置，样品与聚焦光斑同步移动。

在一些实施例中，采用高数值孔径物镜探测样品的位置，并由辅助透镜成像于光电探测器的光敏面上，以便实时探测监控样品位置。

在一些实施例中，所述样品的特征为亚波长尺度微观粒子。

根据本发明实施例的微观粒子操纵装置包括光电探测器；

激光器，所述激光器发出激光；

准直透镜，所述激光经所述准直透镜准直；

同心圆多环带片，所述激光经过准直后通同心圆多环带片衍射聚焦形成小尺度聚焦光斑；