光鑷應(yīng)用分享和產(chǎn)品推薦
光鑷技術(shù)是美國科學(xué)家于1986 年發(fā)明的。光鑷又稱為單光束梯度光阱。簡單的說．就是用一束高度匯聚的激光形成的三維勢阱來俘獲，操縱控制微小粒子。自誕生以來，光鑷技術(shù)已經(jīng)在微米尺度量級粒子的操縱控制，粒子間的相互作用等方面的研究中發(fā)揮了重要作用。迄今為止，與光鑷技術(shù)相關(guān)的工作已獲得三次諾貝爾物理獎：1997 年激光原子冷卻技術(shù)、2001 年玻色愛因斯坦凝聚以及2018年光鑷技術(shù)。
光鑷的發(fā)明使光的力學(xué)效應(yīng)走向?qū)嶋H應(yīng)用，使人們在許多研究中從被動的觀察轉(zhuǎn)而成為主動的操控,同時光鑷對于捕獲微小粒子、測量微小作用力及生產(chǎn)微小器件等許多方面都有非常重要的意義：對細(xì)胞操控的研究、對細(xì)胞應(yīng)變能力的研究、對細(xì)胞橫向光阱力的研究、光鑷與拉曼熒光光譜測量技術(shù)的結(jié)合、光鑷與光刀的結(jié)合等等。
針對光鑷應(yīng)用，卓立漢光可以配合老師搭建完整的系統(tǒng)或是提供對應(yīng)的部件：
1. 激光器
光鑷應(yīng)用對于激光器的穩(wěn)定性以及光束質(zhì)量有著較高的要求，選擇一款穩(wěn)定可靠的激光器對于實(shí)驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用。Laser Quantum 公司成立于1994 年, 位于英國柴郡, 是英國*大的激光器制造商, 現(xiàn)有員工120 人, 連續(xù)20 年向全球科研和工業(yè)市場提供連續(xù)激光器、超快激光器和振蕩器。連續(xù)激光器高功率高達(dá)16W。Laser Quantum 公司獨(dú)特的二極管泵浦固體激光器(DPSS)以O(shè)EM 方式被很多公司選用, 如法國JY 公司的拉曼光譜儀等等。
1.1.Ventus 緊湊型低噪音DPSS 激光器
Ventus 系列激光器設(shè)計(jì)緊湊、結(jié)實(shí)、噪音低、穩(wěn)定性高, 壽命長, 波長范圍473nm, 532nm,561nm, 660nm, 671nm 可選, 是科研市場的首選產(chǎn)品。由于其功率和波長范圍廣, Ventus 系列激光器可應(yīng)用在拉曼光譜、光鑷、光遺傳和熒光成像。
左圖, Ventus 532 藍(lán)線為輸出功率, 紅線為RMS 噪聲隨二極體泵浦源驅(qū)動電流的變化圖右圖, Ventus 532 出光100 個小時后的輸出功率( 藍(lán)線) 及噪聲
左圖, Ventus 532 藍(lán)線為輸出功率, 紅線為RMS 噪聲隨二極體泵浦源驅(qū)動電流的變化圖右圖, Ventus 532 出光100 個小時后的輸出功率( 藍(lán)線) 及噪聲
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Ventus473 |
Ventus532 |
Ventus solo 532 |
Ventus561 |
Ventus660 |
Ventus671 |
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波長 |
473 nm |
532 nm |
532 nm |
561 nm |
660 nm |
671 nm |
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功率 mW |
100-350 |
100-1500 |
250-750 |
100-750 |
100-750 |
100-500 |
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光束直徑 |
1.5 mm ± 0.1 mm |
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空間模式 |
TEM00 |
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橢圓度 |
<1:1.2 |
<1:1.15 |
<1:1.2 |
<1:1.2 |
<1:1.2 |
<1:1.2 |
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帶寬 |
40 GHz |
30 GHz |
10 GHz |
40 GHz |
30 GHz |
30 GHz |
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發(fā)散角 |
<0.7mrad |
≤0.6 mrad |
<0.6 mrad |
<1 mrad |
<0.8mrad |
<0.8mrad |
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M2 |
<1.2 |
<1.1 |
<1.1 |
<1.2 |
<1.2 |
<1.2 |
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功率穩(wěn)定性(RMS |
<0.6 % |
<0.4 % |
<0.4 % |
<1.0 % |
<0.5 % |
<1.0 % |
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噪聲 (RMS) |
≤0.7 % |
<0.15 % |
<1 % |
<1.5% |
<0.5 % |
<0.6 % |
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噪聲帶寬 |
10 Hz to 50 kHz |
10 Hz to 100 MHz |
10 Hz to 100 MHz |
10 Hz to 50 kHz |
10 Hz to 50 kHz |
10 Hz to 50 kHz |
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指向穩(wěn)定性(RMS) |
<10 urad/℃ |
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偏振率 |
>100:1 , horizontal |
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相干長度 |
~7.5 mm |
~1 cm |
~3 cm |
~7.5 mm |
~1 cm |
~1 cm |
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運(yùn)行溫度 |
15-40℃ |
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1.2 Finesse 系列
Finesse 系列激光器是一款取得諾貝爾獎獲得者首肯并且被全球行業(yè)用戶認(rèn)可的產(chǎn)品。其顯著特征是擁有低于0.02% 的超低噪聲及通過f to 2f 非線性干涉儀對CEP 進(jìn)行反饋控制。其功率最高可以做到16W。
Finesse pure CEP 不需要外置的AOM 元件,提供了簡單的光學(xué)系統(tǒng)整合方案。
Finesse pure 超過70 小時的出光測試,噪聲( 紅線)~0.01%, 功率穩(wěn)定度( 藍(lán)線)<0.05%;
2. 激光測量產(chǎn)品
光鑷實(shí)驗(yàn)中，對于光源穩(wěn)定的測試以及出射光斑的光束質(zhì)量的測試很有必要。我司代理以色列OPHIR 激光測試產(chǎn)品20 年以上。
Spiricon 公司是業(yè)內(nèi)久負(fù)盛名的激光光束分析儀和M2 生產(chǎn)廠家，自上世紀(jì)七十年代末開始研發(fā)提供激光光束品質(zhì)分析儀，并參與制定了光斑測量的ISO11146-3 標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品種類覆蓋CCD 相機(jī)式光束分析儀、InGaAs 面陣相機(jī)光束分析儀、熱釋電晶體面陣光束分析儀、狹縫掃描式光束分析儀、全自動M2 測量儀、高功率激光聚焦測試儀等，波長覆蓋13nm ~ 3000μm，廣泛應(yīng)用于激光器制造、激光精密加工、光通訊、太赫茲、激光科學(xué)研究等領(lǐng)域。Spiricon 公司2006 年加入OPHIR集團(tuán)，使后者成為激光測量全系解決方案的供應(yīng)商。
以色列OPHIR 公司具備超過40 年的激光功率能量研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，擁有熱電堆探頭、熱釋電探頭、光電管探頭全線研發(fā)制造能力。自行開發(fā)的多種吸收材料、吸收體可各種類型激光器不同的波長、功率/ 能量范圍、脈沖寬度等多樣化需求。
OPHIR 公司具備全套專業(yè)的校準(zhǔn)能力。所有的探頭校準(zhǔn)都采用可溯源NIST 的標(biāo)準(zhǔn)功率激光器或標(biāo)準(zhǔn)探頭。除了針對探頭在各個波長進(jìn)行校準(zhǔn)外，功率能量探頭的設(shè)計(jì)還有很多復(fù)雜而精巧的考量，例如探頭表面不同位置響應(yīng)的不一致性、脈沖頻率對熱釋電探頭響應(yīng)的影響、脈沖寬度/ 平均功率對能量損傷閾值的影響OPHIR 借助豐富的經(jīng)驗(yàn)，在研發(fā)設(shè)計(jì)中充分考量這些因素，并在校準(zhǔn)時予以完全、準(zhǔn)確定量計(jì)量，確保用戶能獲得完整的計(jì)量準(zhǔn)確性。
除了激光功率/ 能量外，激光在傳輸方向橫截面的強(qiáng)度分布以及激光的傳輸特性，也是激光器應(yīng)用中決定性的因素: 絕大多數(shù)應(yīng)用需要根據(jù)激光的傳輸特性（M2）來設(shè)計(jì)光路；定量科學(xué)實(shí)驗(yàn)和高品質(zhì)激光加工都需要實(shí)際測量激光焦點(diǎn)的分布。同時，很多激光器在使用中，泵浦源或光學(xué)器件衰減首先體現(xiàn)在激光光斑的變化上，定期測試激光光斑有助于提前發(fā)現(xiàn)衰減傾向，及早維護(hù)，降低維護(hù)成本、縮短停機(jī)時間，預(yù)防激光器性能突變導(dǎo)致產(chǎn)線災(zāi)害。
激光的截面強(qiáng)度分布的測量（光斑分析）通常采用光束分析儀，而傳輸特性通常用M2 表征。
3.定制光路系統(tǒng)-CS 系列籠式系統(tǒng)
光鑷應(yīng)用同樣對于光路系統(tǒng)的調(diào)整以及穩(wěn)定性有著很高要求，卓立漢光的籠式系統(tǒng)光機(jī)組件不僅僅是簡單的光學(xué)系統(tǒng)搭建工具，更為科研人員提供了一系列解決方案的強(qiáng)大工具。CS 系列籠式組件可用于高端科研儀器集成化的定制化搭建，可被廣泛應(yīng)用于如空間光調(diào)制器、DMD 衍射系統(tǒng)、白光干涉儀、移相干涉儀、生物傳感器系統(tǒng)、多相機(jī)成像系統(tǒng)、超辨系統(tǒng)、光鑷系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)等領(lǐng)域。
籠式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念源于對光學(xué)系統(tǒng)搭建過程的深入理解。其核心思想是將各個光學(xué)元件以最優(yōu)的方式集成到一起，使得搭建過程變得更為簡單、精確且高效。這不僅降低了搭建過程的復(fù)雜性，同時也極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
籠式系統(tǒng)中的光學(xué)調(diào)整架設(shè)計(jì)巧妙，功能豐富。它不僅可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件在三維空間中的自由調(diào)整，而且還可以進(jìn)行各種精細(xì)的微調(diào)，如俯仰、偏轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)或XYZ 平移等。這種設(shè)計(jì)使得科研人員可以更加靈活地調(diào)整光學(xué)元件的位置和角度，以獲得最佳的實(shí)驗(yàn)效果。
4.氣浮隔振光學(xué)平臺
為了保證*佳的實(shí)驗(yàn)效果，隔振平臺也是必不可少的。NAP 系列是卓立漢光采用三線擺技術(shù)、層流阻尼技術(shù)所設(shè)計(jì)的高性能氣浮隔振平臺，豎直方向和水平方向隔振性能好、振動恢復(fù)時間短。
NAP 系列氣浮隔振光學(xué)平臺特點(diǎn)：
• 引入對隔振有較好效果的三線擺系統(tǒng)。
• 采用層流阻尼元件，系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏。
• 自帶四角防護(hù)板，具有臺面氣浮高度指示功能，調(diào)節(jié)更便捷。
• 標(biāo)準(zhǔn)臺面上臺板材料為SUS430（1Cr17 ） 高導(dǎo)磁不銹鋼，臺面也可選擇整體材料為SUS304 弱磁不銹鋼面包板， 臺面也可選擇整體材料為SUS316 極弱磁不銹鋼面包板。
5. 光鑷-拉曼光譜聯(lián)用系統(tǒng)
4. 降低光阱的漂移：光阱間漂移僅0.05nm/min
5. 提高測力精度：更加精確定位光阱坐標(biāo)
RTS-LTRS 光鑷?yán)庾V系統(tǒng)是北京卓立漢光儀器有限公司全新推出的光鑷-拉曼聯(lián)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合先進(jìn)的光鑷微控技術(shù)與拉曼分子識別分析技術(shù)，高度集成、性能穩(wěn)定、易于操作，能夠?qū)崿F(xiàn)同時控制大量(200 個)目標(biāo)和高精度的微納米級顆粒物的分析測量。
光鑷原理：采用100kHz AOD（聲光偏轉(zhuǎn)器）高速分時掃描不同位置，從而形成多個光阱； 區(qū)別于傳統(tǒng)的光鑷技術(shù)，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)：
1. 控制目標(biāo)更多：可以產(chǎn)生200 個以上的光阱， 同時捕獲200 個以上的目標(biāo)微粒；
2. 控制激光強(qiáng)度：0~100% ，可獨(dú)立控制每個光阱
3. 控制光阱移動：軌跡、步長、速度等4. 降低光阱的漂移：光阱間漂移僅0.05nm/min
5. 提高測力精度：更加精確定位光阱坐標(biāo)
6. 降低系統(tǒng)噪音：無機(jī)械振動，提高整體穩(wěn)定性
系統(tǒng)介紹
RTS-LTRS 光鑷?yán)庾V系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)（如下圖所示）
結(jié)構(gòu)一：在卓立漢光自主研制的標(biāo)準(zhǔn)RTS 顯微共聚焦拉曼光譜儀的基礎(chǔ)上配置具有雙層無限遠(yuǎn)光路的倒置顯微鏡，上層光路多光阱光鑷系統(tǒng)，下層光路為拉曼光路出入口，可內(nèi)置不同波長激光器，也可外部耦合激光器，拉曼信號通過光纖或者空間光路耦合到光譜儀，光路如下：
結(jié)構(gòu)二：在卓立漢光自主研制的標(biāo)準(zhǔn)RTS 顯微共聚焦拉曼光譜儀的基礎(chǔ)上配置具有雙層無限遠(yuǎn)光路的倒置顯微鏡，上層光路多光阱光鑷系統(tǒng)，拉曼激光從顯微鏡的側(cè)口進(jìn)入，拉曼信號原路返回接光譜儀，可內(nèi)置不同波長激光器，也可外部耦合激光器，拉曼信號通過光纖或者空間光路耦合到光譜儀，光路如下：
13810233784
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