[发明专利]基于自聚焦透镜对的微型光镊装置及方法

说明书

本发明公开的一种基于自聚焦透镜对的微型光镊装置及方法，由两路相同且相对放置的单路微型光镊光路组成，第一路微型光镊光路按照光线传播方向依次为：激光器一、光纤一、光纤耦合器一、自聚焦透镜一，样品；第二路微型光镊光路按照光线传播方向依次为激光器二、光纤二、光纤耦合器二、自聚焦透镜二、样品；两路微型光镊光路同轴且聚焦于同一位置，样品放置于聚焦点处。本发明方便集成于高端显微成像设备中，而且还可以保证光镊的捕获力。

技术领域

本发明属于光学操控技术领域，涉及一种基于自聚焦透镜对的微型光镊装置及方法。

背景技术

聚焦激光光束可以像镊子一样“夹”起并操控微观粒子(原子、分子等)和微小物体(细胞、病毒等)，这种被称之为“光学镊子”(Optical Tweezers)的技术在粒子物理和生命科学领域具有重要应用。微型光镊可摆脱传统光镊中光束聚焦元件的空间限制，方便集成于高端显微成像设备中进行细胞分选和操控。

传统光镊中光束聚焦元件的受空间限制，无法集成于高端显微成像设备中进行细胞分选和操控；而且传统的光纤光镊重复性差，柔软易变形，无法保证光镊的捕获力。

因此，提供一种可以方便集成于高端显微成像设备中，而且还可以保证光镊的捕获力的基于自聚焦透镜对的微型光镊装置及方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明利用3D打印技术构建个性化微型光镊装置的核心部件光纤耦合器，使用自聚焦透镜产生紧聚焦光束，在光学显微镜下实现对悬浮微粒或细胞的三维操控。利用自聚焦透镜构建微型光镊装置，既可摆脱传统光镊中光束聚焦元件的空间限制，方便集成于高端显微成像设备中进行细胞分选和操控，而且相比于重复性差，柔软易变形的光纤光镊，又能保证光镊的捕获力。

为实现上述目的其具体方案如下：

一种基于自聚焦透镜对的微型光镊装置，由两路相同且相对放置的单路微型光镊光路组成，第一路微型光镊光路按照光线传播方向依次为：激光器一、光纤一、光纤耦合器一、自聚焦透镜一、样品；第二路微型光镊光路按照光线传播方向依次为激光器二、光纤二、光纤耦合器二、自聚焦透镜二、样品；两路微型光镊光路的聚焦点重合，样品放置于聚焦点处。

优选的，两路微型光镊光路同轴，相对180°夹角放置。

优选的，所述光纤耦合器一使得自聚焦透镜一的入射端面与光纤一的输出端面之间的工作距离固定为0.2mm，最大程度地减少激光光束的传输损耗。

优选的，所述光纤耦合器二使得自聚焦透镜二的入射端面与光纤二的输出端面之间的工作距离固定为0.2mm，最大程度地减少激光光束的传输损耗。

优选的，所述样品为悬浮于培养皿中的近球形的待测样品，包括最大直径为微米级或纳米级的单细胞、细胞群或微粒。

优选的，所述自聚焦透镜一和所述自聚焦透镜二的尺寸规格为长3.4mm，相较传统光镊中光束聚焦元件采用尺寸为5mm*5mm*20mm的高数值孔径水镜/油镜，直径更小，长度更短。

优选的，所述光纤耦合器一和所述光纤耦合器二均采用3D打印而成，分别直接连接到激光器一和激光器二的输出光纤端，可轻易移动且尺寸小。

本发明还提供了一种基于自聚焦透镜对的微型光镊装置的实现方法，包括：

激光器一发出的激光光束，通过光纤一输出后，被光纤耦合器一耦合进自聚焦透镜一，形成紧聚焦光束；同时，激光器二发出的激光光束，通过光纤二输出后，被光纤耦合器二耦合进自聚焦透镜二，同样形成紧聚焦光束，两路聚焦光束的聚焦点重合，样品放置于聚焦点处，从而实现对样品的分选和操控。

优选的，所述两路聚焦光束同轴，传播方向间夹角为180°。