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光鑷技術概述:精準操控微世界的“光之手"
光鑷技術基于光與物質之間的動量交換,通過高度聚焦的激光形成光勢阱,當激光高度聚焦形成強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)在梯度力的作用下會被拉向光場*強的區域(光阱中心),并在散射力等因素的共同作用下被穩定地捕獲在那里。可對微米/納米級粒子實現非接觸、無損傷的穩定捕獲與操控。其核心優勢在于高精度、無侵入、多粒子并行處理能力,已成為生物醫學、量子科技、膠體物理等領域的關鍵工具。
光鑷系統通常包括激光光源、用于聚焦激光的高數值孔徑物鏡、以及精密的定位和探測系統等。現代的全息光鑷技術還能通過空間光調制器 (SLM) 對光波前進行調控,從而同時產生并操控多個光阱,實現了對多個粒子的并行復雜操作。卓立漢光依托深厚的光機技術積累,為光鑷系統提供全光路模塊化支持,覆蓋激光調控、光束整形、多光阱生成、信號探測等關鍵環節,助力用戶構建高穩定性、高重復性的光鑷實驗平臺。
典型應用場景:
生物單分子力學研究:DNA拉伸、蛋白質折疊力測量;
細胞分選與組織工程:無損操控與排列細胞、類器官構建;
量子微粒操控:玻色-愛因斯坦凝聚、離子阱預實驗;
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:模塊化產品與精準光路設計
在光鑷系統中,光學鏡架是支撐、調節核心光學元件(如透鏡、波片、分束鏡、物鏡等)的關鍵組件,其核心作用是保證光路精準對準、實現動態調節、維持系統穩定性,直接影響光鑷的捕獲精度、操控靈活性和實驗重復性。
光鑷系統的光路可分為 “激光源調控→光束整形→聚焦捕獲→成像檢測" 四大模塊,不同模塊對光學鏡架的功能需求不同。
模塊 1:激光源調控 —— 保證入射光束的 “初始對準與參數穩定"
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,此環節需通過鏡架實現 “光束準直、偏振態控制、功率調節",核心光學元件與鏡架的匹配如下:
(1)激光準直鏡:校正激光發散角,輸出平行光 一維平移鏡架(水平 / 垂直)調節準直鏡的軸向位置(沿光軸方向),補償激光源出射端的偏移,確保光束平行度(直接影響后續聚焦質量)。
(2)偏振片 / 波片:控制激光偏振態(如線偏振→圓偏振,增強捕獲力) 二維旋轉鏡架(角度調節)精確旋轉偏振片(0-360°)或 1/4 波片(0-90°),實時調節偏振態;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),調節激光功率(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,通過旋轉鏡架切換濾光片,實現功率的快速、無偏移調節(無需重新對準光路)。
模塊 2:光束整形與擴束 —— 實現 “光斑優化與能量聚焦"
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),此環節鏡架的核心需求是 “多鏡片協同對準":
(1) 擴束鏡組(由 2-3 片凸透鏡組成)放大光斑尺寸(如 10× 擴束);二維平移鏡架(XY 軸)+ 一維軸向調節鏡架。可以直接采用卓立漢光LBE擴束鏡。
(2)空間光調制器(SLM),生成自定義光場(如多光鑷、渦旋光鑷),精密三維微調鏡架(納米級)。SLM 需與光路嚴格對準(像素陣列中心與光軸重合),三維微調鏡架可實現 XYZ 方向的納米級調節,保證光場調制精度(如多光鑷的焦點間距誤差 < 100 nm)。
模塊 3:聚焦捕獲 —— 光鑷的 “核心操控環節",鏡架決定捕獲精度
此環節通過高數值孔徑(NA,如 1.4)物鏡將激光聚焦為亞微米級光斑(產生強梯度力),是捕獲粒子的關鍵,鏡架需實現 “物鏡精準定位"和“粒子動態操控":
(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,帶壓電驅動)1. Z軸調節:控制物鏡與樣品池的距離,將焦點精準定位到樣品平面(誤差需 < 10 nm,否則無法穩定捕獲);
(2) XY 軸調節:帶動物鏡平移,實現捕獲粒子的二維移動(如操控細胞至指定位置);
(3)壓電驅動:提供高頻響應(如 kHz 級),實現粒子的快速操控(如模擬生物分子的力譜測量)。
(4)反射鏡 / 轉向鏡: 改變激光傳播方向(如將水平光路轉為垂直光路,匹配物鏡)
(5)二維角度調節鏡架(帶鎖死功能) 調節反射鏡的俯仰角和偏轉角,確保激光垂直入射物鏡后瞳(若入射角度偏移,會導致焦點偏移,捕獲力下降甚至失效);鏡架需具備高穩定性,避免振動導致光路漂移。
模塊 4:成像檢測 —— 實現 “捕獲狀態可視化與數據采集"
光鑷需通過成像系統(如 CCD 相機)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
為何選擇卓立漢光?——技術優勢與平臺保障
全鏈路產品支持:從激光源、光學鏡架、壓電平臺到隔振系統,提供光鑷光機全環節產品,支持定制化需求。
高精度與高穩定性兼具:壓電物鏡臺重復定位精度達納米級;鏡架具備鎖緊防抖設計,避免光路漂移;氣浮光學平臺(TPR/NAP系列)有效隔離環境振動。
多技術融合能力:支持光鑷與熒光成像、AFM、拉曼光譜等聯用,構建多模態研究平臺。
國產替代與快速響應優勢:擺脫進口依賴,貨期短、成本優;支持技術對接與方案協同設計,響應迅速。
卓立漢光愿成為您光鑷系統構建的可靠伙伴。提供從光學設計、產品選型到系統集成的全流程支持。如需進一步了解產品性能、申請演示或獲取定制方案,歡迎聯系我們。
四、更多適配的的產品:
(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操控
(2)壓電平移臺/旋轉臺等標準壓電產品---光鑷客戶十分需要對光場進行調控,也就是對空間光需要進行精密控制,位移臺可以輔助鏡架或者是小型器件進行移動。比如為了讓激光進行偏振時,利用偏振片激發偏振,那么在調整偏振片的角度時,就會應用到壓電旋轉臺。
(3)壓電鏡架---光路的角度可以通過壓電式鏡架調節。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行隔振;另外部分實驗室還有低溫恒溫腔這種設備,為了便于觀察物體在低溫下的反應,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這種負載較大的模塊進行隔振。
(5)各類調整架----反射鏡架/透射鏡架/偏振元件旋轉架/接桿等等
(6)氣浮光學平臺---實驗室的基本設施,光鑷實驗對穩定性要求較高,基礎平臺至少也會需要氣浮的,我們的TPR/NAP都可以適配。
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