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光鑷技術(shù)概述:精準(zhǔn)操控微世界的“光之手"
光鑷技術(shù)基于光與物質(zhì)之間的動量交換,通過高度聚焦的激光形成光勢阱,當(dāng)激光高度聚焦形成強(qiáng)度分布不均勻的光場(通常為高斯分布)時,微小粒子(其折射率需大于周圍介質(zhì))在梯度力的作用下會被拉向光場*強(qiáng)的區(qū)域(光阱中心),并在散射力等因素的共同作用下被穩(wěn)定地捕獲在那里。可對微米/納米級粒子實現(xiàn)非接觸、無損傷的穩(wěn)定捕獲與操控。其核心優(yōu)勢在于高精度、無侵入、多粒子并行處理能力,已成為生物醫(yī)學(xué)、量子科技、膠體物理等領(lǐng)域的關(guān)鍵工具。
光鑷系統(tǒng)通常包括激光光源、用于聚焦激光的高數(shù)值孔徑物鏡、以及精密的定位和探測系統(tǒng)等。現(xiàn)代的全息光鑷技術(shù)還能通過空間光調(diào)制器 (SLM) 對光波前進(jìn)行調(diào)控,從而同時產(chǎn)生并操控多個光阱,實現(xiàn)了對多個粒子的并行復(fù)雜操作。卓立漢光依托深厚的光機(jī)技術(shù)積累,為光鑷系統(tǒng)提供全光路模塊化支持,覆蓋激光調(diào)控、光束整形、多光阱生成、信號探測等關(guān)鍵環(huán)節(jié),助力用戶構(gòu)建高穩(wěn)定性、高重復(fù)性的光鑷實驗平臺。
典型應(yīng)用場景:
生物單分子力學(xué)研究:DNA拉伸、蛋白質(zhì)折疊力測量;
細(xì)胞分選與組織工程:無損操控與排列細(xì)胞、類器官構(gòu)建;
量子微粒操控:玻色-愛因斯坦凝聚、離子阱預(yù)實驗;
膠體與納米材料研究:顆粒相互作用、納米組裝體操控。
卓立漢光光鑷支持系統(tǒng):模塊化產(chǎn)品與精準(zhǔn)光路設(shè)計
在光鑷系統(tǒng)中,光學(xué)鏡架是支撐、調(diào)節(jié)核心光學(xué)元件(如透鏡、波片、分束鏡、物鏡等)的關(guān)鍵組件,其核心作用是保證光路精準(zhǔn)對準(zhǔn)、實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)、維持系統(tǒng)穩(wěn)定性,直接影響光鑷的捕獲精度、操控靈活性和實驗重復(fù)性。
光鑷系統(tǒng)的光路可分為 “激光源調(diào)控→光束整形→聚焦捕獲→成像檢測" 四大模塊,不同模塊對光學(xué)鏡架的功能需求不同。
模塊 1:激光源調(diào)控 —— 保證入射光束的 “初始對準(zhǔn)與參數(shù)穩(wěn)定"
激光源(如 1064 nm 近紅外激光器,避免損傷生物樣品)是光鑷的能量來源,此環(huán)節(jié)需通過鏡架實現(xiàn) “光束準(zhǔn)直、偏振態(tài)控制、功率調(diào)節(jié)",核心光學(xué)元件與鏡架的匹配如下:
(1)激光準(zhǔn)直鏡:校正激光發(fā)散角,輸出平行光 一維平移鏡架(水平 / 垂直)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡的軸向位置(沿光軸方向),補(bǔ)償激光源出射端的偏移,確保光束平行度(直接影響后續(xù)聚焦質(zhì)量)。
(2)偏振片 / 波片:控制激光偏振態(tài)(如線偏振→圓偏振,增強(qiáng)捕獲力) 二維旋轉(zhuǎn)鏡架(角度調(diào)節(jié))精確旋轉(zhuǎn)偏振片(0-360°)或 1/4 波片(0-90°),實時調(diào)節(jié)偏振態(tài);鏡架需具備角度鎖定功能,避免實驗中偏振漂移。偏振片可以采用卓立漢光OPLP納米粒子薄膜偏振片。
(3)中性密度濾光片(ND 片),調(diào)節(jié)激光功率(避免功率過高損傷樣品),濾光片輪式鏡架(多檔位切換),集成多片不同衰減率的 ND 片,通過旋轉(zhuǎn)鏡架切換濾光片,實現(xiàn)功率的快速、無偏移調(diào)節(jié)(無需重新對準(zhǔn)光路)。
模塊 2:光束整形與擴(kuò)束 —— 實現(xiàn) “光斑優(yōu)化與能量聚焦"
激光源輸出的光斑尺寸通常較小(如毫米級),需通過擴(kuò)束鏡組將光斑放大至與物鏡后瞳匹配(保證物鏡滿孔徑照明,*大化梯度力),此環(huán)節(jié)鏡架的核心需求是 “多鏡片協(xié)同對準(zhǔn)":
(1) 擴(kuò)束鏡組(由 2-3 片凸透鏡組成)放大光斑尺寸(如 10× 擴(kuò)束);二維平移鏡架(XY 軸)+ 一維軸向調(diào)節(jié)鏡架。可以直接采用卓立漢光LBE擴(kuò)束鏡。
(2)空間光調(diào)制器(SLM),生成自定義光場(如多光鑷、渦旋光鑷),精密三維微調(diào)鏡架(納米級)。SLM 需與光路嚴(yán)格對準(zhǔn)(像素陣列中心與光軸重合),三維微調(diào)鏡架可實現(xiàn) XYZ 方向的納米級調(diào)節(jié),保證光場調(diào)制精度(如多光鑷的焦點(diǎn)間距誤差 < 100 nm)。
模塊 3:聚焦捕獲 —— 光鑷的 “核心操控環(huán)節(jié)",鏡架決定捕獲精度
此環(huán)節(jié)通過高數(shù)值孔徑(NA,如 1.4)物鏡將激光聚焦為亞微米級光斑(產(chǎn)生強(qiáng)梯度力),是捕獲粒子的關(guān)鍵,鏡架需實現(xiàn) “物鏡精準(zhǔn)定位"和“粒子動態(tài)操控":
(1) 顯微物鏡(光鑷核心)將激光聚焦為捕獲光斑,觀察樣品三維微操作鏡架(納米級精度,帶壓電驅(qū)動)1. Z軸調(diào)節(jié):控制物鏡與樣品池的距離,將焦點(diǎn)精準(zhǔn)定位到樣品平面(誤差需 < 10 nm,否則無法穩(wěn)定捕獲);
(2) XY 軸調(diào)節(jié):帶動物鏡平移,實現(xiàn)捕獲粒子的二維移動(如操控細(xì)胞至指定位置);
(3)壓電驅(qū)動:提供高頻響應(yīng)(如 kHz 級),實現(xiàn)粒子的快速操控(如模擬生物分子的力譜測量)。
(4)反射鏡 / 轉(zhuǎn)向鏡: 改變激光傳播方向(如將水平光路轉(zhuǎn)為垂直光路,匹配物鏡)
(5)二維角度調(diào)節(jié)鏡架(帶鎖死功能) 調(diào)節(jié)反射鏡的俯仰角和偏轉(zhuǎn)角,確保激光垂直入射物鏡后瞳(若入射角度偏移,會導(dǎo)致焦點(diǎn)偏移,捕獲力下降甚至失效);鏡架需具備高穩(wěn)定性,避免振動導(dǎo)致光路漂移。
模塊 4:成像檢測 —— 實現(xiàn) “捕獲狀態(tài)可視化與數(shù)據(jù)采集"
光鑷需通過成像系統(tǒng)(如 CCD 相機(jī))觀察捕獲的粒子,同時通過檢測光路收集散射光 / 熒光信號(分析粒子運(yùn)動或分子相互作用),鏡架需保證 “成像光路與捕獲光路同軸":
(1)二向色鏡:分離捕獲激光與成像光(如反射 1064 nm 捕獲光,透射 488 nm 熒光成像光)
(2)成像透鏡(中繼透鏡)將樣品像傳遞至 CCD 相機(jī)
為何選擇卓立漢光?——技術(shù)優(yōu)勢與平臺保障
全鏈路產(chǎn)品支持:從激光源、光學(xué)鏡架、壓電平臺到隔振系統(tǒng),提供光鑷光機(jī)全環(huán)節(jié)產(chǎn)品,支持定制化需求。
高精度與高穩(wěn)定性兼具:壓電物鏡臺重復(fù)定位精度達(dá)納米級;鏡架具備鎖緊防抖設(shè)計,避免光路漂移;氣浮光學(xué)平臺(TPR/NAP系列)有效隔離環(huán)境振動。
多技術(shù)融合能力:支持光鑷與熒光成像、AFM、拉曼光譜等聯(lián)用,構(gòu)建多模態(tài)研究平臺。
國產(chǎn)替代與快速響應(yīng)優(yōu)勢:擺脫進(jìn)口依賴,貨期短、成本優(yōu);支持技術(shù)對接與方案協(xié)同設(shè)計,響應(yīng)迅速。
卓立漢光愿成為您光鑷系統(tǒng)構(gòu)建的可靠伙伴。提供從光學(xué)設(shè)計、產(chǎn)品選型到系統(tǒng)集成的全流程支持。如需進(jìn)一步了解產(chǎn)品性能、申請演示或獲取定制方案,歡迎聯(lián)系我們。
四、更多適配的的產(chǎn)品:
(1)壓電掃描臺---在全息光鑷中,首先是壓電物鏡掃描臺,比如多場的OBCH系列,可以滿足光鑷客戶對實驗室的顯微鏡的精細(xì)操控
(2)壓電平移臺/旋轉(zhuǎn)臺等標(biāo)準(zhǔn)壓電產(chǎn)品---光鑷客戶十分需要對光場進(jìn)行調(diào)控,也就是對空間光需要進(jìn)行精密控制,位移臺可以輔助鏡架或者是小型器件進(jìn)行移動。比如為了讓激光進(jìn)行偏振時,利用偏振片激發(fā)偏振,那么在調(diào)整偏振片的角度時,就會應(yīng)用到壓電旋轉(zhuǎn)臺。
(3)壓電鏡架---光路的角度可以通過壓電式鏡架調(diào)節(jié)。主推Auto長行程的壓電鏡架
(4) I4/Basic主動隔振---光鑷實驗室必*超窄線寬激光器,此類激光器都需要I4這種桌面上的主動隔振臺進(jìn)行隔振;另外部分實驗室還有低溫恒溫腔這種設(shè)備,為了便于觀察物體在低溫下的反應(yīng),會使用探測器。但是低溫腔是會不斷抽動氣體的,會帶來振動,這時候就需要Basic這種負(fù)載較大的模塊進(jìn)行隔振。
(5)各類調(diào)整架----反射鏡架/透射鏡架/偏振元件旋轉(zhuǎn)架/接桿等等
(6)氣浮光學(xué)平臺---實驗室的基本設(shè)施,光鑷實驗對穩(wěn)定性要求較高,基礎(chǔ)平臺至少也會需要?dú)飧〉模覀兊腡PR/NAP都可以適配。
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