专利摘要

专利摘要

一种基于空心光束的双模输出光镊，包括依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；激光器发出的激光由耦合透镜聚焦后以偏离多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，激光的入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；从多模光纤出射的光束经聚焦透镜后入射至激光腔内的晶体上，晶体受激产生的两束波长不同的光束从激光腔输出后由分光透镜分为两路：一路为穿过分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由分光透镜和反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。本发明光镊可以双模输出空心光束分别作为捕获光和探测光，空心光束不会影响微观粒子的活性，而且也简化了结构。

权利要求

1.一种基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于，包括：沿光路依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；

所述激光器发出的激光由所述耦合透镜聚焦后以偏离所述多模光纤的中心轴的方式入射至所述多模光纤中，激光的入射位置与所述多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；

从所述多模光纤出射的光束经所述聚焦透镜后照射至所述激光腔内的晶体上，晶体受激产生的两束波长不同的光束从所述激光腔输出后由所述分光透镜分为两路：一路为穿过所述分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由所述分光透镜和所述反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。

2.如权利要求1所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：还包括单模光纤，所述激光器输出的激光经所述单模光纤入射至所述耦合透镜。

3.根据权利要求1或2所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：还包括设置于探测光的光路上的斩波器，所述斩波器用于控制探测光路的通断。

4.根据权利要求3所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述斩波器设置于所述分光透镜和所述反射透镜之间。

5.如权利要求1所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述激光腔由第一凹面镜和第二凹面镜组成，所述第一凹面镜上镀有可让所述激光器输出的激光透过的增透膜和可让晶体受激产生的激光反射的高反膜，所述第二凹面镜上镀有可让晶体受激产生的光束反射的第一部分透过膜和第二部分透过膜。

6.如权利要求5所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述激光器采用波长为808nm的半导体激光器，所述激光腔内的晶体为Nd:YVO₄晶体，所述第一凹面镜上镀有808nm增透膜和1064nm高反膜，所述第二凹面镜上镀有1064nm部分透过膜和1176nm部分透过膜，所述分光透镜上镀有1176nm高反膜和1064nm增透膜，所述反射透镜上镀有1176nm高反膜。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述分光透镜为45°二向色镜。

8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述反射透镜为平面镜。

9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的基于空心光束的双模输出光镊，其特征在于：所述耦合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的焦距均为4.5mm。

说明书

技术领域

本发明属于应用光学技术领域，特别涉及一种可以双模输出空心光束的光镊。

背景技术

光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，可利用光的辐射压力实现对微小粒子的操作。现有的光镊所产生的光束多为实心光束，因此微观粒子会被囚禁在中心光强较强区域。对于活性微观粒子来说，由于实心光束的中心激光光强较强，会降低粒子的活性，甚至会杀死粒子；而且在探测时，实心光束的强光也会干扰探测荧光，对成像图带来较大的干扰。而且现有的光镊系统一般采用两套光源来分别产生捕获光和探测光，光路结构复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单紧凑的、可双模输出空心光束的光镊。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于空心光束的双模输出光镊，包括：沿光路依次设置的激光器、耦合透镜、多模光纤、聚焦透镜、激光腔、分光透镜及反射透镜；所述激光器发出的激光由所述耦合透镜聚焦后以偏离所述多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，激光的入射位置与所述多模光纤的中心轴之间的距离为15μm～50μm；从所述多模光纤出射的光束经所述聚焦透镜后入射至所述激光腔内的晶体上，晶体受激产生两束波长不同的光束从所述激光腔输出后由所述分光透镜分为两路：一路为穿过所述分光透镜后照射至样品区内待测物上的捕获光，另一路为依次由所述分光透镜和所述反射透镜反射后照射至样品区内待测物上的探测光。

优选的，还包括单模光纤，所述激光器输出的激光经所述单模光纤入射至所述耦合透镜。

优选的，还包括设置于探测光的光路上的斩波器，所述斩波器用于控制探测光路的通断。

更具体的，所述斩波器设置于所述分光透镜和所述反射透镜之间。

更具体的，所述激光腔由第一凹面镜和第二凹面镜组成，所述第一凹面镜上镀有可让所述激光器输出的激光透过的增透膜和可让晶体受激产生的激光反射的高反膜，所述第二凹面镜上镀有可让晶体受激产生的光束反射的第一部分透过膜和第二部分透过膜。

更具体的，所述激光器采用波长为808nm的半导体激光器，所述激光腔内的晶体为Nd:YVO₄晶体，所述第一凹面镜上镀有808nm增透膜和1064nm高反膜，所述第二凹面镜上镀有1064nm部分透过膜和1176nm部分透过膜，所述分光透镜上镀有1176nm高反膜和1064nm增透膜，所述反射透镜上镀有1176nm高反膜。

更具体的，所述分光透镜为45°二向色镜。

更具体的，所述反射透镜为平面镜。

更具体的，所述耦合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的焦距均为4.5mm。

由以上技术方案可知，本发明采用空心光束作为捕获光和探测光，由于输出的光束中心为暗区，可以将微观粒子控制在中心暗区，空心光束不会对待操控粒子进行激发，从而不会降低粒子活性。而且本发明可同时产生捕获光和探测光，不需额外架设探测光路，激光器为直腔，简化了结构。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为激光离轴入射的示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

空心光束的中心为暗区，发明人研究发现，当将空心光束应用于捕获和导引原子、形成光学势阱、囚禁冷原子以及操纵微小粒子时，由于微小粒子位于光束的中心暗区，空心光束不会对粒子进行激发，有利于保持粒子的活性。现有的产生空心光束的方法很多，如遽逝波法、计算全息图法、空心光纤法、角锥法、衍射光学元件共振腔等。遽逝波法可以在介质表面产生很强大的偶极势阱，但是此势阱区域很小(μm量级)，并且受限于介质表面的形状。计算全息图法或者角锥法需要特定结构的光栅和角锥，制作有难度，而且此两种方法产生的空心光束中心暗斑不完全为黑。采用空心光纤产生空心光束的方法耦合效率较低，仅为50％左右；通过在激光谐振腔里面加入衍射元件的方法会改变整个光路，在应用中受到限制。

本发明方法的基本思路是：将空心光束应用于光镊中，光镊的捕获光和探测光均为空心光束，空心光束采用激光离轴入射至多模光纤的方式产生。在光纤中传播的光线遵从光线方程，光纤中具有两种射线，一种是子午光线，另外一种是斜光线，子午光线在光纤的子午面内传播，子午面是过光纤中心轴的平面，激光在光纤中的传播为子午光线。发明人发现，离轴入射的激光在光纤中传播的射线会被限制在环形圈中，从而可以输出空心光束，这种方法产生空心光束的耦合效率很高，可以达到80％，而且采用多模光纤产生的空心光束的中心暗斑为全黑，这样的光斑在导引和捕获原子等微小粒子上的应用十分有利。

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本实施例的光镊包括激光器LD、耦合透镜组、多模光纤、聚焦透镜L₃、激光腔、分光透镜M₃、反射透镜M₄以及斩波器Switch。本实施例的激光器LD采用波长为808nm的半导体激光器，激光器LD输出的激光经单模光纤输出后，由耦合透镜组耦合入射至多模光纤中。本实施例在耦合透镜组和激光器LD之间设置单模光纤，单模光纤的作用是方便将激光源引至光路中，当空间位置合适时，也可以不用单模光纤，直接将激光器LD发出的激光耦合至多模光纤中。

本实施例的耦合透镜组由第一透镜M₁和第二透镜M₂组成，第一透镜M₁和第二透镜M₂的焦距均为4.5mm。从单模光纤出射的激光经由耦合透镜组聚焦后以偏离多模光纤的中心轴的方式入射至多模光纤中，如图2所示，入射激光偏离多模光纤的中心轴入射至多模光纤中，即激光不沿光纤的中心轴入射，而是偏离光纤的中心轴并沿与光纤的中心轴相平行的方向入射，激光的入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离可为15μm～50μm，激光在此范围内离轴入射均可产生空心光束。本实施例的多模光纤的纤芯直径为300μm，激光入射位置与多模光纤的中心轴之间的距离为30μm。

从多模光纤出射的空心光束经聚焦透镜L₃后入射至由第一凹面镜M₁和第二凹面镜M₂组成的激光腔中，激光腔内的晶体受激产生对应的激光。本实施例的第一凹面镜M₁的曲率为300mm，第一凹面镜M₁的凹面上镀有808nm增透膜(98％)和1064nm高反膜(99％)。第二凹面镜M₂的曲率也为300mm，第二凹面镜M₂的凹面上镀有1064nm部分透过膜(0.2％)和1176nm部分透过膜(0.2％)。本实施例的晶体为Nd:YVO₄(掺钕钒酸钇)晶体，尺寸为3mm*3mm*10mm，空心光束汇聚入射到激光腔内的晶体上激发输出1064nm的基频光和1176nm的拉曼光。

由激光腔输出的两束光束经分光透镜M₃分成两路，一路是1176nm的空心拉曼散射光，用于作为探测光；另一路是1064nm的空心基频光束，用于作为捕获光。本实施例的分光透镜M₃为45°二向色镜，分光透镜M₃上镀有1176nm高反膜(99％)和1064nm增透膜(98％)。激光腔输出的基频光经过分光透镜M₃后入射至样品区内的待测物上，激光腔输出的拉曼空心光被分光透镜M₃反射后入射至反射透镜M₄处，并由反射透镜M₄反射至样品区内的待测物上。本实施例的反射透镜M₄为平面镜，其上镀有1176nm高反膜(99.9％)。本实施例的斩波器Switch设置于分光透镜M₃和反射透镜M₄之间，用于控制探测光路的通/断。

下面对本发明的工作原理作进一步的说明：

由激光器LD发射的激光经单模光纤和耦合透镜组后，离轴入射至多模光纤中，多模光纤输出空心光束，空心光束经聚焦透镜L₃入射至激光腔中，激光腔内的晶体受激产生1064nm空心激光束和1176nm空心拉曼光，由于入射至激光腔的光束是空心光束，因此激发的光束依然也会是空心光束；

从激光腔出射的空心光束在分光透镜M₃处被分离：一路是1064nm透射光(基频光)，一路是1176nm反射光(拉曼光)，透射空心光束传播至样品区，对样品进行捕获；确定样品捕获后，打开斩波器Switch，1176nm拉曼光依次经分光透镜M₃和反射透镜M₄的反射照射至样品区的待测物上，激发样品荧光，CCD镜头记录荧光，即可得到样品信息。

本发明的光镊输出的捕获光和探测光均为空心光束，光束中心为暗区，可以将微观粒子控制在中心暗区，与实心圆斑光束相比，空心光束不会对待操控粒子进行激发，不会降低粒子活性。而且本发明可同时产生捕获光和探测光，不需额外架设探测光路，简化了结构，激光器为直腔，结构较为紧凑。在优选方案中，使晶体受激产生拉曼激光作为探测光，拉曼光的光束质量更好，脉宽更窄，光谱纯度更高，用拉曼光对微观粒子测量时，可以得到粒子的精细分子结构和物质信息。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

一种基于空心光束的双模输出光镊专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。