轻便灵活的激光镊子

光纤是光通信领域广泛应用的元件,光镊是非侵入式微操作工具.将光纤应用于光镊,利用光纤实现光学势阱发展了光镊技术,吸引了研究者的广泛兴趣.介绍了基于单模光纤微探针的光镊技术,综述了技术的原理、基本装置、关键问题以及近年来国内外研究现状.光纤光镊轻便灵活,增大了光镊捕陷范围和操作灵活度,其与微流道、微芯片、激光计量和光谱仪等设备的结合,使得光镊的应用推广到更多领域.     

基于飞秒激光的可运动微结构加工与旋转驱动

微驱动技术由于驱动方式的多样性和应用的广泛性,在近年来受到了越来越多的关注。本文提出一种利用飞秒激光同时实现微结构加工和旋转驱动的技术。利用双光子聚合加工直径20~30μm的微转子结构,然后结合空间光调制器调制出带有光学轨道角动量的光场,实现对微转子结构的旋转驱动,并获得了40 r/s的转动速率。详细介绍了利用飞秒激光直写技术加工可运动微转子结构的实验过程与优化参数,利用空间光调制器生成了不同拓扑荷的涡旋光,研究了其传播与聚焦特性,并用于驱动转子的顺、逆时针旋转运动。这种可控光学驱动技术在微流控、光镊技术、靶向药物运输、细胞动态行为等领域具有广阔的应用前景。     

基于光镊技术的微细加工

光镊技术及其应用近年来有了很大的进步,目前已广泛应用于生物、医学、物理和化学等领域中,但在微细加工应用方面的研究国内外尚处于起步阶段.从光的力学效应出发,讨论了光镊的原理,提出了基于光镊技术实现磁加工的概念,接着分析了该微细加工方法的理论和加工机理,最后阐述了光镊在微细加工中的特点和巨大的发展前景.     

光镊驱动微转子

光镊技术已经成功应用于光学和微功能器件,但是,对光镊驱动复杂微转子所建模型尚不成熟。为了分析光镊的光驱动力和力矩,基于矩量法建立了一种新模型。基于此种模型的分析结果表明改变环境参量是提高光镊工作效率的方法之一,如微转子转动速率与光镊的激光功率成正比,与束腰半径成非线性关系。另一种可以大幅度提高光镊工作效率的方法是改变微转子的形状,数据表明"万字"形微转子的转动效率是相同尺寸的"十字"形转子转动效率的10^-7倍。此外,通过解析力场的分布状态,可得到光压力的主要作用面,为今后的微转子设计提供依据。新模型的另一个优点是耗费时间较少,对于模拟光镊驱动微功能器件具有通用性和柔性。     

基于光纤光镊的长距离微粒可控操纵

在液体中灵活操纵微粒或细胞,特别是将细胞或微粒运输到指定位置,已经被证明在细胞分析、疾病诊断、药物递送等方面有着至关重要的作用。针对细胞或微粒非接触光学捕获的灵活性受限于光纤光镊操纵距离短的问题,提出了一种结构简单且具有长距离非接触可控操纵微粒的新型光纤光镊。利用加热和拉伸技术制作了类锥形平口光纤探针,980 nm的激光经过光纤探针后会对微粒产生大的散射力,将微粒逐渐推离光纤端口,同时借助反向流体阻力,在不移动光纤探针的情况下通过调节激光器光源的输出功率,对轴向位置上直径为6μm的聚苯乙烯微粒可以进行长达102.2μm的可控往返操纵,应用有限元法仿真了光镊的光场强度分布,并采用麦克斯韦应力张量法分析了光镊对微粒的作用力。实验和仿真结果表明,所提出的类锥形平口光镊是可行的。     

单光源高精度正交十字形激光标定装置设计

为了满足特殊的标定需求,保证四路正交激光标定线光学一致性,分析了利用单一光源形成四路十字形激光的成形原理,提出了利用柱面镜形成线光源结合分光棱镜多次分光和组合的方法,实现了单光源输出四向正交的激光十字形标定线,设计了实现激光平行光输入的准直物镜,分析了输出的十字形激光特征,采用模块化的设计思想完成了光学元件支撑结构设计和装调,并进行了主要指标的测试.测试表明,四路十字形激光的相互正交精度优于40″,单路激光十字线长度在(50.1 ±0.1)mn范围内,激光十字线的照度均匀,峰值半宽在0.1 ～0.2 mm之间,可以满足高精度的测量及标定要求.     

基于T矩阵的激光光阱力计算

在一定条件下,经过高数值孔径聚焦后的激光可以捕获大小从约几十纳米到几十微米范围内的微粒,这种技术叫做光镊,光镊技术广泛应用于许多生物领域.虽然光镊本身结构简单,用单光束就可以捕获单个粒子,但对光阱力的精确计算却存在一定的难度.虽然一些近似的方法如几何光学或瑞利假设可以用来进行光阱力的计算,但这些方法仅在一定限制范围内适用.本文把电磁散射理论作为一种通用的方法来解决光阱力的计算问题,论述了如何使用T矩阵方法进行光阱力计算并给出了一些数值结果,证明了T矩阵方法在光阱力计算方面的能力和效率.此外,本文还分析了一些对光捕陷效率的影响因素.     

光学相干成像技术在激光加工过程实时监测与控制中的应用研究进展

激光加工技术,主要包括激光焊接技术、激光增材制造技术和激光减材制造技术,具有高加工质量、效率、无工具磨损等优点,在航空航天、生物医疗、通讯电子等领域应用广泛。随着产品精度与性能要求的逐渐提升,对激光加工的精度、效率及可控性提出了更高要求。因此,激光加工过程实时监测及调控成为当前的研究重点。相比于传统的光声热电传感监测,光学相干成像技术可以与激光束同轴耦合,从而直接获取激光加工结构的尺寸和形貌特征,具有高成像速度、高测量分辨率以及长测量范围等优点,被广泛应用于激光加工过程实时监测中。系统介绍了光学相干成像系统的基本组成、成像原理以及系统指标,在此基础上综述了光学相干成像技术在激光焊接、激光增材制造和激光减材制造实时监测与控制中的应用。最后,归纳了目前光学相干成像技术在激光加工过程监测中存在的不足和发展趋势,为激光加工过程实时监测与控制的研究工作提供了坚实基础和发展方向。     

基于光纤耦合的激光引信测试设备

为实现激光引信发射光功率和灵敏度的准确测量,将光纤耦合技术应用到激光引信测试设备的研制中,开展了激光引信原理和激光耦合光纤特性的分析,提出了一种基于光纤耦合半实物仿真的设计方案。采用带调整机构的激光耦合光纤装置设计,提高了光纤的耦合效率;采用基于衰减片组合的光学衰减机构设计和基于分光棱镜的光学系统设计,实现了激光引信回波的实时调整和准确测量;采用基于总线的实时测控系统设计和LabVIEW模块化软件设计,实现了良好的人机交互界面,最后用测量系统分析法对测量设备的精度、重现性和一致性进行了评估分析。研究结果表明,该系统能够准确测量激光引信的光功率和灵敏度,且测量精度和测量误差均满足要求。     

激光微束轴向光阱力分析

光镊通过使用经过高数值孔径聚焦后的激光可以对大小从约25nm到100μm范围内的微粒进行三维微操纵.通过使用光镊测量了微小粒子在激光作用下的轴向力,并且对影响捕获效率的一些因素进行了分析.对轴向捕获力与不同激光束腰半径以及不同折射系数之间关系做了讨论.     

X射线激光及等离子体物理研究中的X光光学进展

近十年来,X射线技术的发展很快,用途日益扩展。激光核聚变、X光激光及激光等离子体研究的发展对X光光学提出了新的要求。X光诊断技术也在激光等离子体、X激光以及激光核聚变研究中处于重要地位。本文分别介绍X射线光谱和XUV诊断光学技术、X光成像系统、编码成像、X激光腔反射镜等方面的X光光学进展。     

激光微束轴向光阱力分析

光镊通过使用经过高数值孔径聚焦后的激光可以对大小从约25nm到100μm范围内的微粒进行三维微操纵.通过使用光镊测量了微小粒子在激光作用下的轴向力,并且对影响捕获效率的一些因素进行了分析.对轴向捕获力与不同激光束腰半径以及不同折射系数之间关系做了讨论.     

利用光镊系统实现纳米加工的理论和实验研究

阐述光镊形成的基本原理,利用几何光学和动量守恒定律对激光势阱中约10μm大小的高强度微粒子(如:金刚石、碳化硅、石英等)受力进行分析。同时建立了实验装置,通过操纵微粒子的运动,实现对硅表面的纳米加工,并通过实验比较,定性分析最佳加工条件(如:激光功率和加工基底参数)。     

光镊技术及其在染色体研究中的应用

引入并介绍光镊的物理原理及其进展,结合详细的医学研究工作,总结了光镊技术在染色体中的具体应用情况。由于光镊具有无直接接触、无损伤等诸多优点,且光镊产生的力在皮牛顿量级,正好落在生物大分子相互作用力的范围,故用光镊捕获染色体的不同成分,可实现了DNA分子的扭转和打结,并实现了对人类染色体操控和鉴别。光镊技术有望成为在分子水平上对各种活细胞的检测、诊断的先进工具,具有非常广阔的前景。     

《半导体激光泵浦全固体激光技术》专题文章导读

半导体激光作为泵浦源的全固体激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长和光束质量高等优点，是近几年激光技术研究的热点。通过非线性光学频率变换技术，即通过对全固体激光器基频光的倍频、和频、差频，参量变换以及拉曼频移等技术，原则上可把全固体激光的波长范围扩展到从深紫外到远红外的整个波段。由于连续工作的半导体激光泵浦全固体激光器基频光的输出功率较低，在半导体激光泵浦全固体激光器中普遍采用激光谐振腔内高功率密度来获得高转换效率的腔内非线性频率变换技术。     

用热解石墨晶体作色散和聚焦光学元件的激光等离子体源的超快X射线光谱仪

由于激光等离子X射线源的光子通量显著低于同步辐射源的光子通量且射线为所有方向的各向同性辐射,所以,很需要具有大的集光立体角和高的积分反射率的光学元件,用热解石墨(PG)晶体作色散和聚焦元件可满足上述要求。由于PG晶体为嵌镶结构,所以可给出很高的积分反射率,而PG薄膜还可安装在任意形状的模具上构成任意形状的光学元件。此外,特殊形状的嵌镶聚焦使这些晶体甚至在弯曲的情况下,也可作为高分辨率X射线光学元件。基于上述元件特性,可以设计出有高集光效率的色散光学元件,用于激光等离子体源超快X射线光谱检测。文中描述了PG弯晶在一台改型的von HAMOS光谱仪中的应用,使用这台光谱仪,测量了飞秒激光器产生等离子体发射的X射线的光谱分布。讨论了产生的X射线在时间分辨扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)分析中的应用。实验表明,通过优化晶体特性和光谱仪几何设置,可以实现对过渡金属K边的高分辨率EXAFS测量。     

激光技术在船舶轴系对中的应用

为缩短造船周期,以70米海洋多用途工程船为例,介绍了船舶轴系理论中心线采用激光对中工艺的条件、操作方法等。成用结果表明,激光对中法优于传统的拉线法和光学照光法,效率高,缩短了工程周期。     

研究开发人细胞生物激光发生器

产生激光通常要有3个要素,第一是光源,第二是受激产生激光的＂增益介质＂,第三是将所产生的光聚拢到一起的＂光学共振腔＂。过去,人们都是利用有特殊性质的晶体来充当增益介质,而美国马萨诸塞综合医院的研究人员却发现,可以利用细胞来充当增益介质。     

激光棒干涉测量中单双通法的对比

由于激光棒具有细长的特殊形貌特征,传统的双通测试方法虽然灵敏度较高,但是往往存在明显的衍射效应和多重成像导致的边缘黑环,这会导致有效测量面积的缩减,对于小口径光学元件的测量尤为不利。为了克服这一缺陷,采用单通法测量激光棒的波前畸变,使用直角棱镜作为反射件,使得测试光仅通过激光棒一次,从而减少光路中的等效圆孔数和成像次数,抑制衍射和边缘重叠。利用展开的多小孔模型讨论了衍射效应的影响,并且从成像角度讨论边缘重叠的成因,从而得出单通法的优势。另外,为使参考光与测试光的匹配,需要将直角棱镜旋转至少5.40°偏摆角以提高干涉条纹的对比度。最终测得激光棒波前畸变的峰谷值为0.068λ,均方根值为0.012λ。     

短路环激光切割机的研制

液晶屏短路环激光切割机是对液晶屏周边的短路环连线进行激光切割的一种先进的光电子设备,是激光技术和电子工业的结合产品,集光学、精密机械、计算机控制、电子线路设计等多种技术于一体,是典型的光机电一体化设备.本文详细介绍了短路环激光切割机的工作原理和构成,并在文章中总结了设备的特点.