多光的产生方法

多光的产生方法

1总结1986年，ashili等人。2值孔径物镜典型的光势阱由一束激光束经过一高数值孔径物镜产生。当非电介质微粒靠近焦点时即受到光压作用,该作用力(见图1)通常分为两个部分:散射力F3单光产生方法光镊技术在最近十年间得到了飞速发展。传统的光镊只能控制单个微粒,因此在实验需求的基础上提出了多光镊(阵列光镊)概念,陈列光镊可同时对多个微粒进行三维操纵。阵列光镊的产生方法有多种,其中常用的有:1)分时复用法;2)利用空间光调制器调制激光束产生全息式阵列光镊;3)干涉式阵列光镊;4)利用垂直腔面发射激光器产生阵列光镊的方法;5)光纤束产生阵列光镊的方法。3.1声光偏转器法aods最初的分时复用法即使用声光偏转器(Acousto-Opticdeflectors,AODs)控制光斑位置,通过分时复用的方法形成多个光镊,典型装置如图2(a)所示。激光发出的激光束经过扩束器扩束后,由两个垂直放置的声光偏转器分别在两个方向调制,使调制后的光束均匀进入物镜,最后在载物台上形成了阵列式光镊[如图2(b)]。声光偏转器法的关键是在每一光镊位置上,必须保证由声光偏转器控制的激光轮流照射到这些位置上的时间间隔远小于微粒发生布朗运动远离束缚位置的时间。利用计算机可以控制AODs,还可以在不改变光学结构的前提下,控制光镊的各种参数选择,诸如微粒受力大小、光镊空间图样分布甚至扫描频率等。其硬件结构相当复杂昂贵。声光偏转器法提供了高效的二维光镊发生方法,但由于激光轮流照射在每一点光镊上,为微粒提供了远离束缚位置的机会,从而限制了这种技术的推广。3.2光的计算机合成法目前广泛采用全息技术产生阵列式光镊。全息动态投射和高级空间滤波可通过空间光调制器实现空间光调制器的出现使得实现虚拟衍射光学信息变得很方便,阵列光镊的研究工作由此迅速展开。该方法的缺陷是效率不高:由于需要经过调制重新分配输入光信息,所以能量损耗比较大。2002年P.J.Rodigo等目前在生物学上应用较多的是利用空间光调制器形成阵列光镊的方法,已有研究者试图将其应用于分析某些化学材料对细胞贴壁性能的影响。另一全息式阵列光镊装置如图5所示。计算机产生的全息图像衍射光栅使单光束激光转换成多束独立的光束,并可在三维空间中任意地改变其焦点位置。一个可由计算机控制的衍射元件3.3阵列光装置干涉式光镊是一种特殊类型的光镊,它是利用两束相干光的相干性形成的具有梯度变化的干涉场产生的。可通过采用多种干涉发生装置产生条纹状阵列光镊,线性极化光与非极化光相比可以产生对比度更加锐利的明暗条纹,因而可以提供更强的梯度力图6是条纹状阵列光镊装置图,其采用菲涅耳双棱镜装置形成两束相干光,利用玻璃板调节光程差,在样品池处形成干涉场。调节两棱镜之间的距离d调节干涉场周期,即能改变条纹疏密。采用这种干涉式阵列光镊能对凝结的血红细胞进行分离,梯度激光辐射场对体外染色体稳定性及细胞凋亡等的影响分析都非常有意义。3.4不同排列阵列光虽然空间光调制器能够灵活地调制每一象素点的光学性质,但需复杂算法来计算空间光调制器显示屏幕上的显示模式,所以人们开始寻求新的方法来解决空间光调制器的不足。2001年YusukeOgura等VCSEL阵列是一种在半导体激光源上高密度排列的阵列,各VCSEL发射源通过高频分量来控制,其发射强度由计算机独立控制,最大光强能达到几毫瓦,并且还能以兆赫兹的速度调制光强,这种速度能与声光偏转器的调制速度相媲美。VCSEL阵列捕获技术有许多优点,其中最重要的一点是阵列不需要额外的光学器件,能够轻松地与微小光学器件配合使用。这意味着VCSEL阵列捕获装置能有效降低硬件系统的复杂性。VCSEL可灵活控制光斑的位置,从而可形成多种分布形式的阵列光镊。图7是一个典型的VCSEL阵列光镊。计算机通过驱动电流源来控制VCSEL的发射源。垂直腔面发射激光器表面的各个发射源发射不同的光束通过二色镜进入到物镜形成阵列式光镊。通过计算机控制垂直腔面发射激光器表面各发射源的光束强度,是否发射光束,还可以调节阵列光镊各点的有无和光镊的捕获尺度。3.5光纤材料取得的重复使用对于通常的空间光调制器方法和垂直腔面发射激光器方式的阵列型光镊,虽然能够产生一定数量的阵列光镊,但造价相当昂贵,且两者的光学传递效率也难以取得更大的突破。于是人们开始把目光投向光纤材料,并最终取得成功。光纤束的使用打破了以往阵列数量的限制,使得阵列光镊的发展研究进入了新的阶段。典型的光纤光镊如图8所示,整个装置放在一个倒置的显微平台上,将入射的TEM4阵列光的应用我国在光镊的研究领域有一定基础,但主要集中在单光镊技术上,其中李银妹教授带领的中国科技大学激光生物实验室在该领域处于国内领先水平为了拓展光镊的应用领域,发展阵列式光镊技术,北京理工大学生物医学工程系在国家自然科学基金资助下,进行了“网状阵列光镊颗粒分离系统在细胞分离分析中的应用”的研究。该方法属于干涉式光镊。5阵列光技术的出现光镊已经成为开展分子生物学、细胞生物学等生命科学及介观物理学,微机电系统研究的有力