[发明专利]一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置及使用方法

权利要求书

1.一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置，其特征在于：包括激光源LS、偏振控制装置、真空腔VC、物镜OL、微纳粒子MS；物镜OL和微纳粒子MS放置在真空腔VC中，激光源LS、偏振控制装置、物镜OL和微纳粒子MS沿光线方向依次设置；

偏振控制装置包括第一半波片HWP1、偏振分光镜PBS、第二半波片HWP2、电光调制器EOM和四分之一波片QWP；第一半波片HWP1、偏振分光镜PBS、第二半波片HWP2、电光调制器EOM和四分之一波片QWP沿光线方向依次设置；

激光源LS中出射原始激光，原始激光依次透射经过第一半波片HWP1、偏振分光镜PBS、第二半波片HWP2、电光调制器EOM和四分之一波片QWP后入射到真空腔VC内，物镜OL将入射到真空腔VC内的线偏振光聚焦后形成光阱捕获区域，从光阱捕获区域上方释放微纳粒子MS，之后微纳粒子MS在重力作用下向下做自由落体运动，到达光阱捕获区域被捕获；

所述电光调制器EOM上施加的调制电压V的变化频率ω满足ω＜ω_c，ω_c为临界频率，临界频率ω_c通过以下公式进行设置：

其中，Δα是微纳粒子MS的极化率在轴向和与轴向垂直的方向上的分量之差Δα＝α_||-α_⊥，α_||为轴向上的极化率分量，α_⊥为与轴向垂直的方向上的极化率分量，E是照射到微纳粒子MS上的光的电场分量的振幅，γ表示真空腔VC内残余气体的阻滞系数。

2.根据权利要求1所述的一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置，其特征在于：

所述原始激光依次经过第一半波片HWP1、偏振分光镜PBS和第二半波片HWP2后成为强度可调的线偏振光，强度可调的线偏振光再经过电光调制器EOM的调制和四分之一波片QWP后成为偏振方向以变化频率转动的线偏振光；

其中，第一半波片HWP1的光轴方向绕光线方向旋转用于控制从偏振分光镜PBS中出射的线偏振光的光强，第二半波片HWP2的光轴方向绕光线方向旋转使得从第二半波片HWP2中出射的线偏振光的偏振方向与电光调制器EOM的光轴方向成45°夹角，四分之一波片QWP的光轴方向和第二半波片HWP2出射的线偏振光的偏振方向相同。

3.根据权利要求1所述的一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置，其特征在于：

所述的真空腔VC靠近四分之一波片QWP的腔壁上开有用于光束透过的透光光学窗口。

4.根据权利要求1所述的一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置，其特征在于：

所述的微纳粒子MS的极化率张量满足各向异性条件；具体为，微纳粒子MS为由双折射晶体构成，或者是由非球形的普通材料构成。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种真空光镊系统中频率可调的稳定旋转装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开启激光源LS，通过调节第一半波片HWP1的光轴方向绕光线方向的旋转使透射经过偏振分光镜PBS的线偏振光的光强达到预设值；

2)调节第二半波片HWP2的光轴方向绕光线方向的旋转，使得第二半波片HWP2出射的线偏振光的偏振方向与电光调制器EOM的光轴方向成45°角；

3)电光调制器EOM的调制电压V设为零伏，将四分之一波片QWP的光轴方向调整为与第二半波片HWP2出射的线偏振光的偏振方向相同，四分之一波片QWP中出射的线偏振光通过物镜OL汇聚形成光阱捕获区域；

4)从光阱捕获区域上方释放一个微纳粒子，微纳粒子MS在重力作用下向下做自由落体运动，到达光阱捕获区域被捕获；

5)通过给电光调制器EOM加上一个变化频率ω的正弦调制电压V，使得从偏振控制装置出射线偏振光，偏振控制装置出射的线偏振光的偏振方向以变化频率ω转动并驱动微纳粒子MS稳定旋转。