[发明专利]变换光钳夹的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变换光钳夹的装置与方法，而且特别是涉及一 种使用掩模元件以变换光钳夹的装置与方法。

背景技术

激光光钳夹的技术已逐步被开发与使用。由于激光光钳夹是一 种非破坏性钳夹，其可在不损害粒子的条件下操作粒子，因此可被 广泛地运用于例如微机电、生物医药、纳米工艺等领域中。

在目前利用激光光钳夹技术来控制粒子运动的机制中，必须依 靠调整光场强度或衍射光学元件(diffractive optical element)图案 的变化，以使粒子所受到的光压梯度产生变化，才能产生类似于直 线、偏折或漩涡的粒子运动。然而，这些都必须通过改变激光的调 变器或是外加其它如水流、静电力的方式来产生动量，才可以进一 步操控粒子的运动。

发明内容

本发明涉及一种变换光钳夹的装置和方法，是通过衍射光学元 件与掩模单元(mask unit)的搭配，以变换光钳夹形状来操控粒子 的运动。

本发明提出了一种变换光钳夹的装置，该装置包括：衍射光学 元件、掩模单元和物镜。衍射光学元件包括多个相位延迟图形。掩 模单元包括对应于各相位延迟图形的多个掩膜图形(mask pattern)， 其中这些掩膜图形为至少部份互补。从各相位延迟图形穿过的激光 接着对应穿过各个掩膜图形以产生合成衍射图形。物镜会接收该合 成衍射图形，并将其聚焦于检测试件上并形成光钳夹(optical tweezer)。

本发明还提出了一种变换光钳夹的方法，该方法包括：使激光 穿透多个相位延迟图形；使穿透各相位延迟图形的激光对应穿过多 个掩膜图形以形成合成衍射图形；使合成衍射图形聚焦于检测试件 上以形成光钳夹。

本发明还提出了一种衍射图形的产生方法，该方法包括：提供 多个相位延迟图形；提供多个掩膜图形用以分别遮蔽相位延迟图 形，其中这些掩膜图形为至少部份互补；以及将各个被掩膜图形遮 蔽的相位延迟图形叠加合成，以产生合成衍射图形。

本发明还提出了一种衍射图形的使用方法，该方法包括：利用 衍射图形的产生方法制作合成衍射图形；以及，使该合成衍射图形 穿透第一掩膜图形，以产生近似于第一衍射图形的第二衍射图形。

本发明提出了一种变换光钳夹的装置，包括：衍射光学元件， 包括多个相位延迟图形；掩模单元，包括对应于所述相位延迟图形 的多个掩膜图形，从各所述相位延迟图形穿过的激光对应穿过各所 述掩膜图形以形成合成衍射图形，其中所述掩膜图形为至少部份互 补；以及物镜，接收所述合成衍射图形并在检测试件上聚焦形成所 述合成衍射图形的光钳夹。

其中所述相位延迟图形包括：第一相位延迟图形，激光穿透所 述第一相位延迟图形形成第一衍射图形；以及第二相位延迟图形， 激光穿透所述第二相位延迟图形形成不同于所述第一衍射图形的 第二衍射图形。

所述掩膜图形包括：第一掩膜图形，对应所述第一相位延迟图 形；以及第二掩膜图形，对应所述第二相位延迟图形，所述第一掩 膜图形与所述第二掩膜图形相加后的掩模穿透率基本上等于0；其 中，激光穿透所述第一相位延迟图形与所述第二相位延迟图形，并 分别对应穿透所述第一掩膜图形与所述第二掩膜图形后，合成所述 合成衍射图形。

其中，当所述合成衍射图形再经过另一第一掩模图形后，产生 近似于所述第一衍射图形的第三衍射图形，以变换所述光钳夹的形 状。

其中，当所述合成衍射图形再经过另一第二掩模图形后，产生 近似于所述第二衍射图形的第四衍射图形，以变换所述光钳夹的形 状。

其中所述掩模单元包括多个掩模元件，所述掩模图形位于所述 掩模元件上。

其中各所述掩模元件为可程序化掩模元件。

其中各所述掩模元件的材质包括电致变色材料。

其中至少一个掩模元件位于所述物镜的焦平面处。

其中至少一个掩模元件位于所述衍射光学元件的出光面处。

所述装置还包括：至少一个透镜组，设置在所述衍射光学元件 与所述物镜之间，至少一个掩模元件位于所述透镜组的焦平面处。