[发明专利]一种在高真空条件下直接用光镊捕获粒子的系统及方法

权利要求书

1.一种在高真空条件下直接用光镊捕获粒子的系统，其特征在于：包括真空腔VC、微纳粒子MS、起支装置LP、光镊装置和探测反馈装置；

微纳粒子MS附着于起支装置LP上，附着有微纳粒子MS的起支装置LP设置于真空腔VC内，光镊装置和探测反馈装置进行光路连接；光镊装置产生捕获光，用于捕获真空腔VC内的光阱捕获区中的微纳粒子MS；探测反馈装置产生冷却光，用于冷却消耗微纳粒子MS的质心运动能量，从而稳定微纳粒子MS；

所述光镊装置包含捕获光源LS、半波片HWP、第一偏振分光镜PBS1、第一反射镜M1、二向色镜DM、第一凸透镜L1、第二反射镜M2、第一分光镜BS1、第三反射镜M3、第二偏振分光镜PBS2和第二凸透镜L2；

捕获光源LS产生捕获光，捕获光经半波片HWP后入射到第一偏振分光镜PBS1发生反射和透射，经第一偏振分光镜PBS1透射的p偏振捕获光依次经第一反射镜M1和二向色镜DM反射后从真空腔VC的左侧入射到真空腔VC内；

经第一偏振分光镜PBS1反射的s偏振捕获光依次经第二反射镜M2反射、第一分光镜BS1透射、第三反射镜M3反射和第二偏振分光镜PBS2透射后从真空腔VC的右侧入射到真空腔VC内；

第一凸透镜L1和第二凸透镜L2均设置在真空腔VC内；入射到真空腔VC内的p偏振捕获光和s偏振捕获光分别经第一凸透镜L1和第二凸透镜L2聚焦后在真空腔VC内形成光阱捕获区；

所述探测反馈装置包括第四反射镜M4、第三凸透镜L3、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3、第四凸透镜L4、第一D形镜DSM1、第二D形镜DSM2、第五反射镜M5、第五凸透镜L5、第六凸透镜L6、第六反射镜M6、第七凸透镜L7、第八凸透镜L8、Z轴平衡探测器BPDZ、X轴平衡探测器BPDX、Y轴平衡探测器BPDY、反馈电路、冷却光源CS、第四分光镜BS4、第五分光镜BS5、Z轴声光调制器AOMZ、第七反射镜M7、第九凸透镜L9、X轴声光调制器AOMX、第八反射镜M8、第十凸透镜L10、第九反射镜M9、Y轴声光调制器AOMY、第十反射镜M10和第十一凸透镜L11；

冷却光源CS产生冷却光，冷却光经第四分光镜BS4后发生反射和透射，经第四分光镜BS4反射的Z轴冷却光依次经Z轴声光调制器AOMZ、第七反射镜M7、第九凸透镜L9、光镊装置的二向色镜DM和第一凸透镜L1后作用于真空腔VC内的光阱捕获区；

经第四分光镜BS4透射的冷却光经第五分光镜BS5后发生反射和透射，第九反射镜M9设置在第四分光镜BS4的下方，第十反射镜M10和第十一凸透镜L11之间上下布置且均设置在真空腔VC的下方，经第五分光镜BS5反射的Y轴冷却光依次经第九反射镜M9、Y轴声光调制器AOMY、第十反射镜M10和第十一凸透镜L11后作用于真空腔VC内的光阱捕获区；

经第五分光镜BS5透射的X轴冷却光依次经X轴声光调制器AOMX、第八反射镜M8和第十凸透镜L10后作用于真空腔VC内的光阱捕获区；

经光镊装置的第一分光镜BS1反射的s偏振捕获光依次经第四反射镜M4反射和第三凸透镜L3聚焦后照射在Z轴平衡探测器BPDZ的一个探测端；

真空腔VC内的p偏振捕获光通过光阱捕获区后依次经第二凸透镜L2和第二偏振分光镜PBS2透射后入射到第二分光镜BS2发生反射和透射，经第二分光镜BS2反射的p偏振捕获光经过第一D形镜DSM1后分为第一p偏振捕获光和第二p偏振捕获光，第一p偏振捕获光依次经第五反射镜M5反射和第六凸透镜L6透射后照射到X轴平衡探测器BPDX的一个探测端，第二p偏振捕获光经第五凸透镜L5透射后照射到X轴平衡探测器BPDX的另一个探测端；

经第二分光镜BS2透射的p偏振捕获光经过第三分光镜BS3后发生反射和透射，经第三分光镜BS3反射的p偏振捕获光经过第二D形镜DSM2后分为第三p偏振捕获光和第四p偏振捕获光，第三p偏振捕获光依次经第六反射镜M6反射和第八凸透镜L8透射后照射到Y轴平衡探测器BPDY的一个探测端，第四p偏振捕获光经第七凸透镜L7透射后照射到Y轴平衡探测器BPDY的另一个探测端；

经第三分光镜BS3透射的p偏振捕获光经第四凸透镜L4后照射在Z轴平衡探测器BPDZ的另一个探测端；

X轴平衡探测器BPDX、Y轴平衡探测器BPDY和Z轴平衡探测器BPDZ分别通过对应的反馈电路与X轴声光调制器AOMX、Y轴声光调制器AOMY和Z轴声光调制器AOMZ相连，各个反馈电路将X轴平衡探测器BPDX、Y轴平衡探测器BPDY和Z轴平衡探测器BPDZ各自收集到的捕获信号进行处理后形成对应的反馈信号，然后将各个反馈信号输出到声光调制器AOMX、Y轴声光调制器AOMY和Z轴声光调制器AOMZ的控制端中，实现反馈调节，从而抑制微纳粒子MS的运动。