[发明专利]一种芯片型微粒子光悬浮装置及微粒子捕获方法

权利要求书

1.一种芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：依次顺序设有驱动电路板（1）、半导体激光器（2）、微型透镜组、波片（7）、微粒子腔室（8）、光电探测器（10）；

所述半导体激光器（2）位于驱动电路板（1）上；

所述微型透镜组包括第一平凸微透镜（5）和第二平凸微透镜（6），所述第一平凸微透镜（5）、第二平凸微透镜（6）的凸面相对设置，且用于将半导体激光器（2）发射的散射光束聚焦形成类高斯光束的出射光；

所述波片（7）用于调整出射光的偏振态，实现对微粒子腔室（8）内微粒子的悬浮捕获；

所述光电探测器（10）用于将接受的光信号转化为电信号，输出微粒子腔室（8）内微粒子的状态信息；

所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括陶瓷压电片（13），所述陶瓷压电片（13）的振动带动微粒子腔室（8），激发微粒子腔室（8）内的微粒子悬浮在微粒子腔室（8）内。

2.根据权利要求1所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括悬臂梁（12），所述微粒子腔室（8）通过悬臂梁（12）与陶瓷压电片（13）连接。

3.根据权利要求1所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括支撑件，所述支撑件用于固定第一平凸微透镜（5）、第二平凸微透镜（6）、波片（7）、微粒子腔室（8）和光电探测器（10）；所述微粒子腔室（8）相对于第一平凸微透镜（5）和/或第二平凸微透镜（6）可移动。

4.根据权利要求3所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述支撑件包括第一支撑座（3）、第二支撑座（11）和第三支撑座（14），所述第一支撑座（3）用于固定第一平凸微透镜（5）、第二平凸微透镜（6）、波片（7）；所述第二支撑座（11）用于固定光电探测器（10），所述第三支撑座（14）用于固定微粒子腔室（8）。

5.根据权利要求1所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括第三平凸微透镜（9），所述第三平凸微透镜（9）位于微粒子腔室（8）和光电探测器（10）之间且用于将出射光整形形成平行光。

6.根据权利要求1所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括封装层（15），所述驱动电路板（1）、半导体激光器（2）、第一平凸微透镜（5）、第二平凸微透镜（6）、波片（7）、微粒子腔室（8）、光电探测器（10）用封装层（15）封装。

7.根据权利要求4所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括多个透镜支架（4），所述透镜支架（4）与支撑件连接且用于夹持第一平凸微透镜（5）、第二平凸微透镜（6）。

8.根据权利要求1所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述微粒子腔室（8）包括硅基体（81）和位于硅基体（81）上、下表面的玻璃片层（82），所述硅基体（81）内设有用于容纳微粒子的空腔，所述微粒子腔室（8）采用 MEMS 工艺和阳极键合工艺制备而成。

9.根据权利要求8所述的芯片型微粒子光悬浮装置，其特征在于：所述微粒子腔室（8）由以下步骤制备而成：

A1、以硅片为基底，在硅片一表面形成二氧化硅层；

A2、在具有二氧化硅层的硅片表面涂抹光刻胶，进行光刻处理；

A3、光刻处理后去除未被光刻胶保护的掩膜层，从而得到带有腐蚀窗口的硅片；

A4、将带有腐蚀窗口的硅片进行腐蚀，得到微粒子腔室主体结构，去除二氧化硅层，得到微粒子腔室框架基片；

A5、将A4中的微粒子腔室框架基片放在玻璃片的上表面，放入真空键合装置中进行阳极键合处理形成硅—玻璃半腔室；

A6、将微米级或纳米级的微颗粒置于硅-玻璃半腔室中；

A7、将另一玻璃片放置在硅-玻璃半腔室上，放入真空键合装置中进行阳极键合处理形成含有微颗粒的玻璃-硅-玻璃微粒子腔室。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述芯片型微粒子光悬浮装置的微粒子捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、开启驱动电路板（1），调节恒流输出至半导体激光器（2）的输出功率稳定,微型透镜组的第一平凸微透镜（5）和第二平凸微透镜（6）将半导体激光器（2）发射的散射光束聚焦形成类高斯光束的出射光；

S2、调节微粒子腔室（8）的位置，使半导体激光器（2）出射光的焦点位于微粒子腔室（8）内；

S3、打开陶瓷压电片（13）振动微粒子腔室（8），使得微粒子腔室（8）内的微粒子悬浮在微粒子腔室（8）内；

S4、用示波器观测光电输出，直至振动信号稳定，微粒子已被捕获。