[发明专利]全光纤光镊系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种利用光学手段的操控装置，尤其是指一种光镊系统。

【背景技术】

随着科学技术的发展，人类对微观世界的操控越来越频繁，因此，对此类工具的需求也与日俱增，而激光镊子作为其中被广泛采用的一种工具，其可以用来操控纳米颗粒(Nanoparticle)、纳米线(Nanowire)、纳米管(Nanotube)、生物大分子及细胞等，使人类更加理解微观的动力学过程和互相作用，以及对微观的研究对象进行根据需要的排列。在细胞和生物分子研究中，生物学家希望能够看到分子和细胞的作用、细胞和细胞的作用、分子和分子的作用，这些过程都可以通过光镊系统来观察到，甚至测到这些相互作用过程中相互作用力的实时变化，从而理解整个作用过程。在使用显微镜下观察生物细胞或者生物分子时，由于温度的变化，细胞或者分子会跑出显微镜的视野，所以操作者要频繁的调节显微镜的视野，但是如果采用光镊来固定生物样品，它将把生物细胞或者分子钳住，使操作者能够更好地观察细胞和分子，这样将减少环境变化带来的影响，使观测结果更加可靠。在纳米颗粒和纳米管的研究中，科学家们也用光镊来固定纳米管，然后移动纳米管，将两个纳米管靠近，来观察纳米管和纳米管间的相互作用过程，或者将纳米管、纳米线等微观的颗粒做功能上的排列。

传统的光镊系统基于显微镜而构造，如图1所示，为一种光镊系统的结构示意图，其工作原理如下，自激光器1发射出的光束经反射镜M2、透镜L1、透镜L2、数码合成器(Digital Synthesiser)2、反射镜M2、透镜L3、透镜L4、反射镜M3等部件的整形后入射至二向色分束器3上，二向色分束器3反射用于形成光镊的光波至倒置显微镜4的物镜4′，激光光束经物镜4′会聚后形成光学陷阱以捕捉置放于样品台5上的诸如生物大分子、细胞、纳米管等之类的待观测样本，研究人员可通过倒置显微镜4的目镜进行观察。一般地，光镊系统还配置有成像光学系统，以便于研究人员的操控和观察，其包括有成像照明光源6及激光滤波片7，成像照明光源6的光束经物镜4′射进二向色分束器3，经二向色分束器3透射并经激光滤波片7部分反射后将样品台5上的操控情况成像于CCD摄像装置8，并显示于与CCD摄像装置8连接的显示装置9，研究人员可通过显示装置9对样品进行观察。与上述光镊系统相类似的专利技术，如国家知识产权局于2006年5月24日授权公告的专利号为ZL02808941.3的发明专利所公开的光镊系统。

相关于基于显微镜的光镊系统的技术已趋于成熟，但其在结构上仍存在着固有的弊端，主要有：光镊系统所使用的光学器件多，造成各器件之间的耦合和连接较为复杂，精密调整和准直调整的难度较大，从而降低系统的可靠性，系统操作与维护较为麻烦；以光学显微镜作为光镊系统的主体，其必须占有光学显微镜的一个进光口，影响显微镜光源的配备，并且，对于具有多种操纵功能需求的研究领域来说，其在结构上缺乏柔性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服传统的基于显微镜的光镊系统所存在的缺点，提供一种易于集成、可靠性高、且便于操作的全光纤光镊系统。

本发明的目的是这样实现的：一种全光纤光镊系统，其包括有激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、两个光纤连接器、发射光功率检测模块、偏置电流控制模块、模数转换器、数模转换器及控制单元，其中，所述激光器为带尾纤的发光二极管激光器；所述第一光耦合器的输入端与所述激光器使用光纤连接，其一输出端光纤连接至所述第二光耦合器，另一输出端光纤连接至所述发射光功率检测模块；所述第二光耦合器的两个输出端分别光纤连接于所述光纤连接器；所述发射光功率检测模块与所述第一光耦合器光纤连接，并与所述模数转换器连接，其用于检测所述激光器的发射光功率，并将其检测结果经所述模数转换器传送至所述控制单元；所述偏置电流控制模块包括有激光器偏置电流控制电路及激光器自动光功率控制电路，其与所述激光器连接以实现对提供给所述激光器的偏置电流的控制，其一端通过所述模数转换器而与所述控制单元连接以将相关于激光器偏置电流的数据传送至所述控制单元，另一端通过所述数模转换器而与所述控制单元连接以实现对所述控制单元所发送的指令进行接收。

上述全光纤光镊系统中，还包括有对准光功率检测模块、显示装置及输入装置，所述对准光功率检测模块一端与所述第二光耦合器的一个输入端光纤连接，另一端与所述模数转换器连接；所述显示装置与所述控制单元连接，用于显示所述控制单元所传至的数据；所述输入装置与所述控制单元连接，用于输入参数至所述控制单元。