[发明专利]一种基于电场量标定的多维度光镊校准装置及方法

权利要求书

1.一种基于电场量标定的多维度光镊校准装置，其特征在于，该装置包括激光器（1）、分束器（2）、偏振调节器（3）、真空腔（4）、物镜（5）、平行电场施加单元（7）、电场量控制单元（8）、第一光电探测器（9）、第二光电探测器（10）、数据处理器（11）；

所述分束器（2）、偏振调节器（3）、物镜（5）、平行电场施加单元（7）和第一光电探测器（9）依次布置在所述激光器（1）的出射光路上，且所述物镜（5）、平行电场施加单元（7）均位于所述真空腔（4）中，所述平行电场施加单元（7）外接所述电场量控制单元（8）；所述第二光电探测器（10）位于所述分束器（2）的反射回路上，且所述第一光电探测器（9）和第二光电探测器（10）均与所述数据处理器（11）连接。

2.根据权利要求1所述的基于电场量标定的多维度光镊校准装置，其特征在于，所述偏振调节器（3）为λ/2玻片。

3.一种基于电场量标定的多维度光镊校准方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的装置来实现；

所述激光器（1）出射捕获激光，所述捕获激光依次经所述分束器（2）、偏振调节器（3）后进入位于所述真空腔（4）中的物镜（5），由所述物镜（5）汇聚形成光学势阱；将球形纳米微粒悬浮在所述光学势阱中，所述球形纳米微粒在所述光学势阱中的散射光被所述第一光电探测器（9）收集，所述分束器（2）分束出来的参考光被第二光电探测器（10）收集；所述数据处理器（11）计算球形纳米微粒在光阱中三维运动造成散射光变化引发的电信号变化；

定义光镊参考坐标系，所述光学势阱中光线传输方向为Z方向，光偏振方向为X方向，与X和Z垂直的方向为Y方向；定义校准过程的参考坐标系，光学势阱中光线传输方向为Z1方向，初始的光偏振方向为X1方向，与X1和Z1垂直的方向为Y1方向；

当调节所述平行电场施加单元（7），使其电场方向沿着X1方向时，通过测量所述球形纳米微粒在电场中运动引起的X1方向差分电信号，进行电压-位移转换关系标定，测量得到所述光镊X方向的校准系数；

当保持电场方向沿着X1方向，调节所述偏振调节器（3），使入射光的偏振方向旋转90°，即变为X1和Y方向平行时，通过测量所述球形纳米微粒在电场中运动引起的X1方向差分电信号，进行电压-位移转换关系标定，测量得到所述光镊Y方向的校准系数；

保持初始的光偏振方向为X1方向或调节入射光的偏振方向与Y1方向平行，以所述球形纳米微粒的位置为中心旋转所述平行电场施加单元（7），使电场在Z1方向有分量，通过测量所述球形纳米微粒在电场作用下在光阱Z1方向位置移动产生的差分电信号，进行电压-位移转换关系标定，测量得到所述光镊Z方向的校准系数。

4.根据权利要求3所述的基于电场量标定的多维度光镊校准方法，其特征在于，所述激光器（1）的出射光的波长为1064nm或1550nm。

5.根据权利要求3所述的基于电场量标定的多维度光镊校准方法，其特征在于，所述球形纳米微粒为二氧化硅颗粒。