[发明专利]一种基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法

摘要

本发明提供一种基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法，该方法通过分析光镊系统中被俘获标准尺寸小球的布朗运动的位置信号，可以高精度检测压电平台运动位移幅度和频率。该方法除了需要被检测的压电平台外，还需要在显微成像下利用激光俘获标准微粒，并采用探测器快速探测微粒的位置运动信号。通过压电平台发送低频固定振幅的运动信号驱动样品室运动，光阱中被俘获微粒受到流体周期性粘滞阻力的作用，检测微粒的运动信号可校准位置敏感探测器的电压比例系数。然后再次用压电平台发送信号驱动样品室运动，分析被捕获微粒的功率谱，并将功率谱尖峰与本底热噪声比较反演出压电平台运动位移的真实幅度，尖峰所在频率即为压电平台运动的频率。

主权项

一种基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤1、构建光镊系统包括激光器(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)、第一全反射平面镜(4)、第二全反射平面镜(5)、第三透镜(6)、45度半反半透平面镜(7)、第四透镜(8)、高倍显微物镜(9)、待测压电平台(10)、样品室(11)、第五透镜(12)、低通滤波镜片(13)、第六透镜(14)、位置敏感探测器(15)和照明光源(16)；将激光器(1)发射的光束经过第一透镜(2)和第二透镜(3)扩束成平行光入射到第一全反射平面镜(4)，经第一全反射平面镜(4)反射后入射到第二全反射平面镜(5)，经第二全反射平面镜(5)反射后再依次经过第三透镜(6)、45度半反半透平面镜(7)和第四透镜(8)后入射到高倍显微物镜(9)后瞳的光斑大约6mm，第三透镜(6)和第四透镜(8)用于扩束，45度半反半透平面镜(7)用于反射光束，样品室(11)放置在待测压电平台(10)上，样品室内充满聚苯乙烯微球悬浮液，通过物镜(9)聚焦的光束捕获微粒，经微粒散射的激光由第五透镜(12)重新会聚，会聚的激光经过低通滤波镜片(13)折返对准位置敏感探测器(15)靶面，低通滤波镜片(13)为反射激光透过照明光的低通滤波镜片，第六透镜(14)将第五透镜(12)后焦面的光斑共轭成像投影在位置敏感探测器(15)靶面上，照明光源(16)的照明光经过第五透镜(12)聚焦对样品照明，由视频监控相机(17)成像并通过计算机视屏实时显示；步骤2、使用未经修正的三角波运动驱动样品室周期性运动，根据视频监控相机(17)和位置敏感探测器(15)同时监控被光阱捕获微粒的位置，测定在位置敏感探测器(15)上电压转换为位移的比例系数β；步骤3、发送特定振幅A和频率fd的正弦波驱动待测的压电平台(10)，用位置敏感探测器(15)测量阱中微粒的位置信号，其功率谱P(f)与频率f满足，P(f)＝Pthermal(f)+Pforce(f)，其中受限热运动的功率谱fc为颗粒在光阱中的特征频率；受迫运动的功率谱δ为脉冲函数；P(f)＝β2Pvolt(f)，β为探测器的电压比例系数，Pvolt(f)为探测器实测的电压信号的功率谱；根据洛仑兹线型拟合为B为拟合参数，获得实际运动幅度其中该基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法可以用于测量压电平台和样品室作为整体的真实运动特性，包括运动幅度和频率特性，以及压电平台运动幅度的修正系数，包括测量二维不同方向上的压电平台运动特性；该基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法通过校准的压电平台参数，运用该方法发送特定频率和振幅的运动信号，原位标定不同微粒大小时探测器的比例系数β、微粒半径和光阱刚度κ＝2πkBTfc/D；该基于光学俘获的原位校准压电平台位移的方法适用在高频运动情况下校准压电平台运动幅度。