[发明专利]基于光阱的微粒形状及表面粗糙度检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于光阱的微粒形状及表面粗糙度检测装置，其特征是，包括三个模块：微粒输入模块、光阱捕获模块、光场探测模块；

微粒输入模块包含传输装置，用于存储待测微粒并将之传送至光阱中完成捕获；

光阱捕获模块用来将待测微粒稳定捕获在光阱平衡点处，通过将一束激光经过准直扩束与聚焦后，形成强梯度力光阱，使得输入的待测微粒被稳定捕获；

光场探测模块用以收集和处理待测微粒与光场作用后的散射光与透射光，具有一个高数值孔径的物镜或者非球面透镜对待测微粒散射光进行收集，同时使用一块光束质量分析仪对传输的光场分布进行分析，从而提取透射光成分以完成对待测微粒形态与表面粗糙度的检测；

所述的微粒为尺寸在纳米到微米量级的光学均匀透明微粒，能够在相应环境中被捕获光稳定捕获，形状为球形、圆柱形以及方形。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的微粒输入模块：待测微粒置于密闭或开放的空间中，空间内是液体、空气或真空，而微粒传送装置则根据不同环境进行相应设计，在液体环境中，通过一个微流通道将微粒传送至光阱捕获场中，而在气体或真空中，则使用压电陶瓷振动微粒或者脉冲激光冲击的方式将微球抛送至光阱场中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的光阱捕获模块包括激光器、隔离器、准直透镜L1、反射镜M1、反射镜M2、透镜L2、透镜L3、反射镜M3、物镜OBJ；

激光器发出激光，即初始捕获光束，经准直透镜L1准直为平行光，经反射镜M1、反射镜M2后，经透镜L2、透镜L3扩束，经反射镜M3反射，进入物镜OBJ后形成高聚焦光阱完成对微粒的捕获。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的光场探测模块依次包括汇聚透镜L4与光束质量分析仪；

高数值孔径透镜L4将高聚焦激光准直为平行光，该平行光经光束质量分析仪进行探测与收集，完成对透射光场模式与光场强度分布的测量，进而分析出微粒的形貌特征。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述的捕获微粒空间是光学均匀介质，激光器发出的激光能均匀通过。

6.一种根据权利要求1所述的装置进行微粒形状与粗糙度测量的方法，其特征是，首先利用捕获光阱模块将微粒稳定捕获在光阱平衡点处，再通过光束质量分析仪收集微粒与光阱相互作用后的光场，然后根据不同的透射光场分布推算出微粒形状与表面粗糙度信息。