先鋒(fēng)科技(jì) | 關於光(guāng)鑷的應用

光鑷技術(shù)是(shì)美國科學家於 1986 年發明的(dí)。光(guāng)鑷又稱為單(dān)光束梯度光阱。簡單(dān)的(dí)說(shuō)。就是用一束(shù)高(gāo)度匯聚的(dí)激(jī)光(guāng)形成的(dí)三維勢阱來俘獲(huò)
，操縱(zòng)控製微小(xiǎo)粒子(zǐ)。自誕(dàn)生以來
，光(guāng)鑷(niè)技術(shù)已(yǐ)經(jīng)在微米尺度 量(liáng)級粒(lì)子的(dí)操縱控製
，粒子間的相互(hù)作(zuò)用等(děng)方(fāng)麵(miàn)的(dí)研究(jiū)中發揮了(liǎo)重要(yào)作用(yòng)。迄今為(wéi)止(zhǐ)
，與光鑷技術(shù)相關(guān)的(dí)工(gōng)作已獲(huò)得三次(cì)諾貝(bèi)爾(ěr)物理(lǐ)獎：1997 年激光(guāng)原(yuán)子冷卻(què)技術(shù)，2001年玻色(sè)*因斯坦凝聚以及(jí) 2018 年光鑷技術(shù)。

光(guāng)鑷(niè)的發明使光的力學效應走(zǒu)向實際(jì)應用
，使人(rén)們在許(xǔ)多(duō)研究中(zhōng)從被動的(dí)觀(guān)察(chá)轉(zhuǎn)而(ér)成為主(zhǔ)動的(dí)操控,同時光鑷(niè)對(duì)於(yú)捕獲(huò)微(wēi)小粒子，測(cè)量微小作用力及生產微(wēi)小器(qì)件等許多(duō)方麵(miàn)都(dū)有非常重(zhòng)要(yào)的(dí)意(yì)義(yì)： 對(duì)細(xì)胞操控的研究，對(duì)細胞應變能力的(dí)研究(jiū)，對(duì)細(xì)胞(bāo)橫向光阱(jǐng)力的研(yán)究，光(guāng)鑷與(yǔ)拉(lā)曼熒(yíng)光光(guāng)譜(pǔ)測量(liáng)技術的結(jié)合(hé)，光(guāng)鑷(niè)與光(guāng)刀的結(jié)合(hé)等等。

針對(duì)光鑷應用(yòng)
，卓(zhuó)立漢光可以(yǐ)配合老(lǎo)師(shī)搭建完整的(dí)係(xì)統(tǒng)或是提供(gōng)對(duì)應(yīng)的(dí)部件：

1. 激光器(qì)

光鑷應用對(duì)於(yú)激光器的穩(wěn)定性以及(jí)光(guāng)束質量有(yǒu)著(zhuó)較(jiào)高(gāo)的要(yào)求(qiú)
，選擇(zé)一(yī)款穩(wěn)定可(kě)靠(kào)的(dí)激光器對(duì)於實(shí) 驗(yàn)起(qǐ)著至關重(zhòng)要(yào)的(dí)作(zuò)用。Laser Quantum 公司成(chéng)立於 1994 年 , 位於(yú)英(yīng)國(guó)柴郡(jùn) , 是英國(guó)最(zuì)大的(dí)激(jī) 光器製(zhì)造商 , 現有員工120 人 , 連續 20 年(nián)向全(quán)球(qiú)科(kē)研和工業(yè)市場(cháng)提(tí)供連(lián)續激(jī)光器，超(chāo)快激光器(qì) 和振(zhèn)蕩器。連續(xù)激光器高功率(shuài)高達 16W。Laser Quantum 公(gōng)司(sī)*特的二(èr)極(jí)管泵(bèng)浦(pǔ)固體激光(guāng)器(qì) (DPSS) 以 OEM 方式被很多著名(míng)公司(sī)選用 , 如法(fǎ)國 JY 公(gōng)司(sī)的拉曼光譜儀(yí)等等。

1.1.Ventus 緊湊型(xíng)低(dī)噪音(yīn) DPSS 激(jī)光(guāng)器(qì)

Ventus 係(xì)列激光器(qì)設(shè)計(jì)緊(jǐn)湊，結(jié)實，噪音(yīn)低，穩(wěn)定(dìng)性高
，壽(shòu)命長
，波(bō)長範圍(wéi)473nm
，532nm
，561nm
，660nm
， 671nm 可選
，是(shì)科研市場的*選產(chǎn)品。由於(yú)其功率(shuài)和(hé)波長(cháng)範圍廣(guǎng)
，Ventus係列激光(guāng)器可(kě)應用(yòng)在(zài)拉曼光(guāng)譜，光(guāng)鑷(niè)，光遺傳和(hé)熒光成像。

左圖 , Ventus 532 藍綫(xiàn)為(wéi)輸出功率(shuài) , 紅綫為(wéi) RMS 噪(zào)聲隨二極(jí)體(tǐ)泵浦源(yuán)驅動(dòng)電流(liú)的變化圖(tú)右圖 , Ventus 532 出(chū)光(guāng) 100 個小時後(hòu)的(dí)輸(shū)出功(gōng)率 ( 藍綫(xiàn) ) 及噪聲(shēng)。

1.2 Finesse 係列(liè)

Finesse 係(xì)列激光器(qì)是(shì)一款取得諾(nuò)貝爾(ěr)獎獲得(dé)者(zhě)首肯(kěn)並且被(bèi)全球行業用戶(hù)認(rèn)可的產(chǎn)品(pǐn)。其顯(xiǎn)著(zhù)特(tè) 征(zhēng)是(shì)擁有低(dī)於(yú)0.02%的超低(dī)噪(zào)聲(shēng)及(jí)通過(guò)fto2f非(fēi)綫性幹(gān)涉儀對(duì)CEP進(jìn)行反饋控製(zhì)。其功率最高(gāo)可(kě)以(yǐ)做到16W。

Finesse pure CEP 不需要外(wài)置(zhì)的 AOM 元(yuán)件 ,提(tí)供了(liǎo)簡單的(dí)光學係(xì)統整(zhěng)合方(fāng)案。

Finesse pure 超過 70 小(xiǎo)時的出(chū)光(guāng)測(cè)試 ,噪聲 ( 紅(hóng)綫(xiàn) )~0.01%, 功率穩定度(dù) ( 藍綫(xiàn) )<0.05%。

2. 激光測(cè)量(liáng)產品(pǐn)

光(guāng)鑷實(shí)驗中
，對(duì)於(yú)光源穩(wěn)定的測試(shì)以及出射光(guāng)斑的光束(shù)質量的測(cè)試很(hěn)有必(bì)要。我司*家代(dài)理以色列(liè)OPHIR激(jī)光測(cè)試(shì)產品20年(nián)以上。

以色列OPHIR公(gōng)司(sī)具(jù)備超(chāo)過(guò)40年的激(jī)光功率能量研發(fā)製(zhì)造經驗
，擁有熱電堆探頭，熱(rè)釋(shì)電探頭(tóu)，光電管(guǎn)探頭(tóu)全綫研(yán)發製造能力。自(zì)行開發的多種(zhǒng)吸收(shōu)材(cái)料，吸收體可(kě)各(gè)種類(lèi)型激(jī)光器不同的波長(cháng)，功(gōng)率 / 能量(liáng)範(fàn)圍(wéi)，脈(mài)衝寬度(dù)等(děng)多樣(yàng)化需求。

OPHIR公(gōng)司具備全(quán)套(tào)專(zhuān)業(yè)的校準能(néng)力(lì)。所有(yǒu)的探頭(tóu)校準都采用可溯(sù)源(yuán)NIST的標準(zhǔn)功率(shuài)激光器 或標(biāo)準探頭。除(chú)了針(zhēn)對探頭(tóu)在(zài)各(gè)個波(bō)長進(jìn)行校準外(wài)
，功率能量(liáng)探頭的設(shè)計還有(yǒu)很多復(fù)雜而(ér)精巧的考量
，例(lì)如(rú)探(tàn)頭表(biǎo)麵不同位置(zhì)響應(yīng)的不(bù)一致性，脈(mài)衝頻率(shuài)對熱(rè)釋(shì)電探頭響(xiǎng)應的影(yǐng)響，脈衝寬(kuān)度/平(píng)均功率(shuài)對(duì)能(néng)量損(sǔn)傷閾值的影(yǐng)響(xiǎng) OPHIR 借助豐(fēng)富的經(jīng)驗
，在(zài)研發(fā)設(shè)計中(zhōng)充分(fēn)考量(liáng)這些因(yīn)素
，並在校(xiào)準(zhǔn)時(shí)予以(yǐ)完*，準確定量計(jì)量(liáng)
，確保(bǎo)用(yòng)戶能獲(huò)得完整(zhěng)的(dí)計量準(zhǔn)確性。

除(chú)了激光(guāng)功(gōng)率(shuài)/能(néng)量外(wài)
，激(jī)光在傳輸(shū)方向橫(héng)截麵(miàn)的強度分布以及(jí)激光(guāng)的傳輸特性
，也是(shì)激光器應用中(zhōng)決(jué)定性(xìng)的(dí)因素(sù)：絕大(dà)多數應(yīng)用需要(yào)根據(jù)激(jī)光的傳輸(shū)特(tè)性（M2）來設計光路(lù)；定量科學(xué)實(shí)驗(yàn)和高(gāo)品(pǐn)質激(jī)光(guāng)加(jiā)工都(dū)需要實(shí)際測量激(jī)光(guāng)焦點(diǎn)的分(fēn)布。同(tóng)時
，很多激(jī)光器在(zài)使用(yòng)中(zhōng)
，泵浦源或(huò)光(guāng)學(xué)器(qì)件(jiàn)衰(shuāi) 減首(shǒu)先體(tǐ)現在(zài)激(jī)光(guāng)光(guāng)斑(bān)的(dí)變(biàn)化(huà)上
，定期測(cè)試激光光斑有助於(yú)提(tí)前發(fā)現衰減傾(qīng)向
，及早維(wéi)護(hù)
，降低維護成本(běn)，縮(suō)短停機時(shí)間
，預防(fáng)激光器(qì)性能突變(biàn)導致產綫災害(hài)。

激光(guāng)的(dí)截(jié)麵(miàn)強度分布(bù)的(dí)測量(liáng)（光斑(bān)分(fēn)析(xī)）通常采用光束(shù)分析儀(yí)
，而傳輸特性通(tōng)常(cháng)用M2表征(zhēng)。

Spiricon 公(gōng)司是業(yè)內(nèi)久負盛名的激光光束(shù)分(fēn)析(xī)儀和(hé) M2 生(shēng)產廠家(jiā)
，自上世(shì)紀(jì)七十年(nián)代(dài)末(mò)開始(shǐ)研(yán) 發(fā)提供(gōng)激光(guāng)光(guāng)束品質(zhì)分析儀
，並參(cān)與製(zhì)定(dìng)了光(guāng)斑測量的(dí) ISO11146-3 標準(zhǔn)。產品種類(lèi)覆(fù)蓋(gài) CCD 相機(jī)式(shì)光束分(fēn)析(xī)儀(yí)，InGaAs 麵陣(zhèn)相機光(guāng)束分析儀(yí)，熱釋電(diàn)晶(jīng)體(tǐ)麵(miàn)陣光束分析(xī)儀，狹(xiá)縫(féng)掃描(miáo)式光(guāng)束分(fēn)析(xī)儀(yí)，全(quán)自動 M2 測(cè)量(liáng)儀(yí)，高功率(shuài)激光(guāng)聚焦(jiāo)測試(shì)儀等
，波(bō)長(cháng)覆(fù)蓋 13nm ~ 3000µm
，廣泛應用於(yú)激光器(qì) 製(zhì)造(zào)，激光精密加(jiā)工(gōng)，光(guāng)通訊，太(tài)赫茲，激(jī)光科學研究(jiū)等領域(yù)。Spiricon公司2006年加入 OPHIR 集團(tuán)
，使後者(zhě)成為(wéi)激光(guāng)測量(liáng)全係解決方案(àn)的供(gōng)應商(shāng)。

3.定(dìng)製光路係(xì)統-CS 係列籠式係統(tǒng)

光(guāng)鑷(niè)應用(yòng)同(tóng)樣(yàng)對(duì)於光路(lù)係統(tǒng)的調整以及(jí)穩定性有(yǒu)著很高(gāo)要(yào)求(qiú)
，卓(zhuó)立漢(hàn)光(guāng)的(dí)籠式係統光(guāng)機組件不僅(jǐn)僅(jǐn)是(shì)簡單的(dí)光(guāng)學係統搭建工具(jù)
，更(gēng)為(wéi)科研人員(yuán)提供了一係列解 決方案(àn)的(dí)*工具(jù)。CS係(xì)列(liè)籠(lóng)式組件可用於(yú)*端科研儀器(qì)集(jí)成(chéng)化(huà)的定製(zhì)化搭建(jiàn)
，可被廣泛應用於如(rú)空(kōng)間光調製(zhì)器(qì)，DMD 衍(yǎn)射(shè)係(xì)統， 白光幹(gān)涉儀(yí)，移(yí)相(xiāng)幹(gān)涉(shè)儀(yí)，生物傳感器係統(tǒng)，多相機成像係統，超辨係統，光(guāng)鑷係(xì)統，顯微係(xì)統(tǒng)等領(lǐng)域。

籠式(shì)係統(tǒng)的設計理念源(yuán)於對(duì)光學(xué)係統(tǒng)搭建過程的深(shēn)入(rù)理(lǐ)解。其核心(xīn)思想(xiǎng)是(shì)將(jiāng)各個(gè)光學元(yuán)件以(yǐ)*優(yōu)的(dí)方(fāng)式(shì)集(jí)成到一(yī)起
，使得搭建(jiàn)過程(chéng)變得更為(wéi)簡單，精(jīng)確且高效(xiào)。這不(bù)僅(jǐn)降低了搭建過(guò)程(chéng)的復雜性(xìng)
，同(tóng)時(shí)也極大地提高(gāo)了係統的(dí)穩定性和可靠性(xìng)。

籠式係統(tǒng)中(zhōng)的(dí)光(guāng)學調整(zhěng)架(jià)設計巧(qiǎo)妙(miào)
，功(gōng)能(néng)豐富(fù)。它不僅可(kě)以實現(xiàn)光(guāng)學元件(jiàn)在三維(wéi)空間(jiān)中的(dí)自由(yóu)調整
，而且還可以進行各(gè)種精(jīng)細的微(wēi)調
，如(rú)俯(fǔ)仰，偏(piān)轉，旋(xuán)轉(zhuǎn)或(huò) XYZ 平移(yí)等。這(zhè)種設(shè)計(jì)使得科(kē)研(yán)人員(yuán)可(kě)以(yǐ)更(gēng)加(jiā)靈活地(dì)調整(zhěng)光學元件(jiàn)的位(wèi)置和(hé)角度(dù)
，以獲(huò)得最佳的實(shí)驗效(xiào)果。

4.氣浮隔振光學平台

為(wéi)了(liǎo)保(bǎo)證(zhèng)最佳的實(shí)驗(yàn)效果(guǒ)
，隔振(zhèn)平台也是(shì)必*可*的(dí)。NAP係(xì)列是(shì)卓立漢(hàn)光采用三(sān)綫(xiàn)擺(bǎi)技(jì)術(shù)，層流阻尼(ní)技術(shù)所設計(jì)的高(gāo)性能(néng)氣浮隔振平(píng)台(tái)
，豎直方向(xiàng)和水平(píng)方(fāng)向(xiàng)隔(gé)振(zhèn)性(xìng)能(néng)好，振動恢復時間(jiān)短。

NAP係列(liè)氣浮(fú)隔振光學(xué)平(píng)台特(tè)點：

• 引(yǐn)入(rù)對(duì)隔振有較(jiào)好效果(guǒ)的三綫(xiàn)擺(bǎi)係統(tǒng)。

• 采用層流阻尼元件
，係統反(fǎn)應更靈敏(mǐn)。

• 自帶四(sì)角防護板
，具有(yǒu)台麵氣浮高(gāo)度(dù)指(zhǐ)示(shì)功能
，調(tiáo)節更便捷。

• 標(biāo)準台(tái)麵(miàn)上(shàng)台板材料(liào)為SUS430（1Cr17）高導(dǎo)磁不鏽鋼
，台麵(miàn)也可選(xuǎn)擇(zé)整體材(cái)料為SUS304弱(ruò)磁(cí)不(bù)鏽(xiù)鋼麵(miàn)包板
， 台麵(miàn)也(yě)可選擇整體材(cái)料為(wéi)SUS316極(jí)弱磁不(bù)鏽(xiù)鋼(gāng)麵包板。

5. 光鑷(niè)-拉(lā)曼光譜(pǔ)聯用係統

RTS-LTRS光(guāng)鑷(niè)拉曼(màn)光(guāng)譜(pǔ)係統(tǒng)是北京(jīng)卓(zhuó)立(lì)漢(hàn)光(guāng)儀(yí)器有(yǒu)限公司全新推出的(dí)光鑷-拉(lā)曼聯用(yòng)係(xì)統(tǒng)
，該(gāi)係統結(jié)合先(xiān)進的光鑷微控技術(shù)與拉曼(màn)分(fēn)子識別分析(xī)技(jì)術
，高(gāo)度(dù)集(jí)成(chéng)，性(xìng)能(néng)穩定，易(yì)於(yú)操(cāo)作(zuò)
，能夠實現同時控製大量(200個)目(mù)標和(hé)高精(jīng)度(dù)的微(wēi)納(nà)米級顆粒物(wù)的分(fēn)析(xī)測(cè)量(liáng)。

光(guāng)鑷原理：采用100kHz AOD（聲光(guāng)偏轉(zhuǎn)器(qì)）高(gāo)速(sù)分(fēn)時掃(sǎo)描(miáo)不同位置
，從而(ér)形(xíng)成多個光(guāng)阱；區(qū)別於(yú)傳(chuán)統(tǒng)的光(guāng)鑷技術 
，這種技術(shù)可(kě)以(yǐ)實現：

1. 控製目標(biāo)更多 ：可(kě)以產生 200 個(gè)以上(shàng)的光(guāng)阱(jǐng) 
， 同時捕獲 200 個以上的目標(biāo)微粒(lì)；

2. 控製激光(guāng)強(qiáng)度 ：0~100% 
，可獨立(lì)控製(zhì)每(měi)個光(guāng)阱(jǐng)

3. 控製(zhì)光阱(jǐng)移動(dòng) ：軌跡，步長(cháng)，速(sù)度等(děng)

4. 降低光(guāng)阱的漂(piāo)移 ：光阱間漂(piāo)移僅 0.05nm/min

5. 提高(gāo)測力(lì)精(jīng)度 ：更加精(jīng)確定位(wèi)光(guāng)阱坐(zuò)標

6. 降低係統噪音(yīn) ：無(wú)機械(xiè)振動 
，提(tí)高(gāo)整體(tǐ)穩(wěn)定(dìng)性

係統介紹

RTS-LTRS 光(guāng)鑷拉曼光譜(pǔ)係統有(yǒu)兩(liǎng)種(zhǒng)結構(gòu)（如(rú)下(xià)圖(tú)所示(shì)）

結構(gòu)一(yī)：在卓立(lì)漢(hàn)光自主研製的標(biāo)準(zhǔn)RTS顯(xiǎn)微(wēi)共(gòng)聚(jù)焦(jiāo)拉曼(màn)光譜儀(yí)的基礎(chǔ)上配置(zhì)具(jù)有(yǒu)雙層無(wú)限遠(yuǎn)光路的(dí)倒置顯微鏡 
，上層(céng)光(guāng)路(lù)多光阱(jǐng)光鑷(niè)係統
，下層光路為(wéi)拉(lā)曼光路出(chū)入口
，可(kě)內置不同(tóng)波長激(jī)光(guāng)器
，也(yě)可外(wài)部耦合激光器
，拉曼(màn)信(xìn)號通(tōng)過光(guāng)纖或者空間光路耦合(hé)到(dào)光譜(pǔ)儀
，光路如下(xià)：

結(jié)構(gòu)二：在卓立(lì)漢(hàn)光自主研製的標準 RTS 顯(xiǎn)微共聚(jù)焦(jiāo)拉(lā)曼光譜(pǔ)儀(yí)的基礎上(shàng)配置(zhì)具有雙(shuāng)層(céng)無限(xiàn)遠光路(lù)的倒 置顯微鏡(jìng)
，上(shàng)層(céng)光路多(duō)光阱(jǐng)光鑷係統
，拉曼(màn)激光從(cóng)顯(xiǎn)微鏡的(dí)側(cè)口(kǒu)進入(rù)
，拉曼信(xìn)號原路(lù)返回(huí)接光譜儀(yí)
，可(kě)內(nèi)置(zhì)不 同波長激(jī)光(guāng)器
，也(yě)可外部耦(ǒu)合(hé)激光(guāng)器(qì)
，拉(lā)曼信號(hào)通過光纖(xiān)或者(zhě)空間光路耦合到光譜儀
，光路如下(xià)：