[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

说明书

本发明公开了一种芯片型微粒子光悬浮装置，依次顺序设有驱动电路板、半导体激光器、微型透镜组、波片、微粒子腔室、光电探测器；半导体激光器位于驱动电路板上；微型透镜组用于将半导体激光器发射的散射光束聚焦形成类高斯光束的出射光；波片用于调整出射光的偏振态，实现对微粒子腔室内微粒子的悬浮捕获；光电探测器用于将接受的光信号转化为电信号，输出微粒子腔室内微粒子的状态信息；芯片型微粒子光悬浮装置还包括陶瓷压电片，陶瓷压电片的振动带动微粒子腔室，激发微粒子腔室内的微粒子悬浮在微粒子腔室内。

技术领域

本发明涉及光悬浮技术领域，具体涉及一种芯片型微粒子光悬浮装置及微粒子捕获方法。

背景技术

自从上世纪八十年代Ashkin利用激光成功实现了对微小粒子进行操控并提出光悬浮技术以来，这种利用激光的辐射压力效应并通过高聚焦透镜对细胞等微型颗粒进行无接触式操纵的方法逐渐成为进行物理学、生物学等基础研究的重要手段，其优点在于不会对微粒产生机械损伤且捕获效率和精度高。

光悬浮技术的应用主要归纳为五个大类：生命科学、光子晶体、表面科学及凝聚态物理、微操控及微细加工、材料科学等领域。光悬浮技术诞生后，根据不同的应用需求，发展出了品种繁多的各类光悬浮技术，其中包括空间光悬浮技术、光纤光悬浮技术等。

基于显微物镜的传统空间光悬浮技术采用高数值孔径的显微物镜，并且还需要光束准直器件，耦合器件和增透膜滤光片等光学元件，使整个光悬浮系统光路较为复杂，体积大无法灵活搬运，成本较高，而光纤和硅基波导光悬浮装置尽管光路简单，较为灵活，主体尺寸较小，但均采用传统的箱式半导体激光器，使得总体尺寸仍然较大，无法适用于芯片型器件的需求。

开发这种基于MEMS工艺的高集成度芯片型微粒子光悬浮装置系统有利于扩展光力领域的应用范围，降低多学科应用光力技术的研究难度与门槛，特别是为紧凑型惯性传感单元，如微加速度计、微陀螺仪利用光力效应提供解决方案，为未来芯片型器件利用光悬浮技术进行理论和工程研究提供了可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种小型化、集成化的一种芯片型微粒子光悬浮装置及微粒子捕获方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种芯片型微粒子光悬浮装置，依次顺序设有驱动电路板、半导体激光器、微型透镜组、波片、微粒子腔室、光电探测器；

所述半导体激光器位于驱动电路板上；

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

所述波片用于调整出射光的偏振态，实现对微粒子腔室内微粒子的悬浮捕获；

所述光电探测器用于将接受的光信号转化为电信号，输出微粒子腔室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，所述陶瓷压电片的振动带动微粒子腔室，激发微粒子腔室内的微粒子悬浮在微粒子腔室内。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述芯片型微粒子光悬浮装置还包括悬臂梁，所述微粒子腔室通过悬臂梁与陶瓷压电片连接。

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、第二平凸微透镜、波片、微粒子腔室和光电探测器；所述微粒子腔室相对于第一平凸微透镜和/或第二平凸微透镜可移动。

所述支撑件包括第一支撑座、第二支撑座和第三支撑座，所述第一支撑座用于固定第一平凸微透镜、第二平凸微透镜、波片；所述第二支撑座用于固定光电探测器，所述第三支撑座用于固定微粒子腔室。