光学捕获、空间光调制器、全息光镊、相位调制、全息图
GCS-TLTS-SLM-V 基于SLM的激光光镊实验系统
自1986年 Ashkin 发明光镊技术以来，经过数十年的发展，作为一种重要的光学微操纵工具，光镊技术己被广泛应用于从原子到数百微米级别的各种微观领域的研究。光镊技术本身也朝着多个方向发展，其中一个研究的热点就是全息光镊。相比于传统的单光束捕获，全息光镊具有多光阱、实时独立操作等优势，而且可以产生某些区别于传统高斯强度分布的光阱，这些都极大地丰富了光学捕获的内容，因此全息光镊技术被称为光学捕获领域内的一次革命，也是目前研究的一个热点。
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基于SLM的激光光镊实验系统实物图
♦ 知识点
光学捕获、空间光调制器、全息光镊、相位调制、全息图
♦ 涉及课程
全息光镊、工程光学、生物医学、胶体物理
♦ 实验内容
• 学习了解光学捕获基本原理
• 学习使用空间光调制器并实现相位调制模式
• 基于SLM的激光光镊实验系统光路的搭建以及调试
• 利用基于SLM的激光光镊实验系统生成多光阱捕获粒子
• 利用基于SLM的激光光镊实验系统生成涡旋光捕获粒子
♦ 实验原理
全息光镊系统是将纯相位空间光调制器作为全息光学元件，对光场进行波前相位整形进而生成光阱阵列。通过计算机实时加载与转换全息图像，进而对光阱的位置进行控制，通过生成预设形状的全息图案来同时实现对多个微粒的捕获与操纵，可对阵列中任意光阱的微粒进行独立动态操控。除此之外，通过生成新型光阱，还可以完成对微粒的旋转、输运与分选等操作。
♦ 原理示意图
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实验光路示意图
♦ 效果图
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调制多光阱捕获粒子
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① |
② |
③ |
④ |
调制涡旋光捕获粒子
♦ 技术指标
• 同轴光路结构：四根高精度不锈钢杆分别位于30mm方形的四个角上，杆直径6mm，杆间距30mm；三维转接多节点模块，可沿光路在全空间扩展；同轴框架可搭载移动式Φ25.4mm镜框、LED光源架、分光棱镜架、45度反射镜架等主要光学器件；器件可沿框架同光轴移动；结构稳定，中心偏差≤1%；
• 固体激光器：包含激光电源及激光器主机，输出波长532nm，最大输出功率500mW；
• 空间光调制器：LCOS纯相位调制，>2π@532nm，分辨率1920×1080 ，对比度1000：1(532nm) ；显示速度60Hz，光谱范围 420nm—700nm，像素大小6.4μm，反射率：>82%，最大光强：< 2 W/cm2，响应时间：4~6ms，工作温度：10~45摄氏度；
• 成像组件：数字相机，分辨率1280×1024，量化深度8bit，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0 通信接口；最小曝光时间 119us；
• 单波长介质膜高反射镜：平均反射率>99.5@532nm, Φ25.4, 通过孔径>90%，入射角度45°；
• 二向色镜：Φ25.4mm，45°入射，T＞90%@480-788nm，T＜2%%@845-1300nm，截止波长805nm；
• 标准粒子：5μm聚苯乙烯微球，酵母菌粒子；
• 精密三维移动台：X,Y方向行程±6.5mm，Z方向行程±5mm；
• 激光防护镜：防护波段 1064&532nm，光密度 OD5+，可见光透过率 12%；
• 软件模块：包含多光阱设计模块和涡旋光产生模块，软件可以设置单点或者多点移动、可设置移动步长及全息图切换时间。可以实时显示多光阱位置坐标，可以通过改变坐标移动光阱位置，可以设置不同分辨率适用不同规格空间光调制器。
♦ 必备设备
光学平台、计算机
♦ 选配清单
光学清洁箱、光学储存干燥箱、实验设备展板
♦ 建议课时
4课时
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