[发明专利]三维光镊系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体地说，本发明涉及一种三维光镊系统。

背景技术

光镊系统是一种利用光阱来移动微小颗粒的光学系统。其中，光阱是由高数值孔径物镜将激光进行强会聚而成，激光被会聚的越厉害，光阱的梯度力越大，越有利于束缚微小颗粒。与物镜光轴平行入射的平行激光形成的光阱在物镜前焦面的中心；与物镜光轴有一定夹角入射的平行激光在物镜前焦面偏离中心的地方形成光阱；有一定发散角的入射激光形成的光阱与物镜前焦面有一定距离，这个距离与激光的发散程度有关。

从激光器出来的激光经扩束准直后入射到高数值孔径物镜中，形成单光阱。在传统光镊系统中，一束激光形成一个光阱，若要形成两个或多个光阱，则需要将一束激光分成两束偏振相互垂直的激光；也可以由两个或多个激光器出来的激光准直后由同一个物镜会聚成两个或多个光阱。这些方法都要求将分开的光束会聚成一束后进入物镜，这给光路的搭建带来一定的难度，而且形成的光阱数量非常有限。若要形成可移动的光阱，则需要使用声光偏转器或其它转镜装置使激光发生偏转，从而改变激光在物镜前焦面的聚焦点位置。在参考文献“Carlos Bustamante，Yann R.Chemla，Jeffrey R.Moffitt，High-resolution Dual Trap Optical Tweezers with Differential Detection，《Single-molecule techniques：a laboratory manual》第297页，Cold SpringHarbor Laboratory Press”中详细讲述了如何实现双光镊系统以及光阱的移动。

参考文献“Jennifer E.Curtis，Brian A.Koss，David G.Grier，Dynamicholographic optical tweezers，Optics Communications 207(2002)169-175”公开了一种采用空间光调制器的光镊系统。空间光调制器是一种对光波的空间分布进行调制的器件，它在控制信号的控制下，对光波的某些特性如相位、振幅、强度、频率、偏振态等的二维分布进行空间和时间的变换或调制。光镊系统中，采用空间光调制器通过对激光的波前进行调制可以实现光阱的三维分布，即各光镊的位置可以在三维空间同步或独立变化，而且光镊的数量、位置及光强分配都可以通过空间光调制器进行控制。但是参考Jennifer文，可以看出，该文中所公开的三维光镊是通过位于样品池下方的物镜将光束会聚到样品池中，同时，也通过该物镜对样品池内的样品进行成像。这种设计使得CCD只能清楚观测到物镜会聚平行光束而形成的特定焦平面的图像，难以对三维分布的光阱进行全局观测。并且，由于Jennifer文公开的光镊系统采用透射式成像，其样品池必须两面均透明，因此该光镊系统的应用范围受到了限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够方便地观测光阱的三维分布的三维光镊系统，通过对光阱三维分布的观测，可以更好地实现对光阱进行控制。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种三维光镊系统，包括：激光输出单元、空间光调制器、激光会聚单元、样品池以及主观测单元；

所述空间光调制器用于将所述激光输出单元输出的单束激光分为多束激光；

所述激光会聚单元包括会聚单元透镜组和前物镜，所述会聚单元透镜组用于对空间光调制器输出的各束激光进行扩束，所述前物镜用于将扩束后的各束激光会聚到所述样品池中；

所述主观测单元包括可见光源、后物镜和主观测单元CCD，

所述可见光源、前物镜、后物镜和主观测单元CCD的光轴共线形成主光轴，所述样品池位于前物镜和后物镜之间并且与所述前物镜和后物镜均相邻，所述前物镜和后物镜均可沿所述主光轴移动，所述可见光源位于前物镜一侧的主光轴上。

上述技术方案中，所述激光会聚单元还包括会聚单元CCD和会聚单元半透半反平面镜，所述会聚单元半透半反平面镜位于可见光源与前物镜之间，用于将会聚单元CCD的光路耦合进所述主光轴。

上述技术方案中，所述激光输出单元用于输出红外波段的激光，所述会聚单元还包括会聚单元反红外透可见平面镜，用于将所述会聚单元透镜组的光路耦合进所述主光轴。

上述技术方案中，所述激光输出单元用于输出红外波段的激光，所述三维光镊系统还包括微小位置测量单元，所述微小位置测量单元包括位于后物镜和主观测单元CCD之间的位置测量单元反红外透可见平面镜，所述微小位置测量单元的光路通过所述位置测量单元反红外透可见平面镜耦合进所述主光轴。