【聚焦激光】光镊应用分享和产品推荐

2024-07-22 11:45:09 125阅读次数

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文丨赵瑞琨

编辑丨瑞秋

发布丨先锋科技

引言

光镊技术是美国科学家于 1986 年发明的。光镊又称为单光束梯度光阱。简单的说．就是用一束高度汇聚的激光形成的三维势阱来俘获，操纵控制微小粒子。自诞生以来，光镊技术已经在微米尺度量级粒子的操纵控制，粒子间的相互作用等方面的研究中发挥了重要作用。迄今为止，与光镊技术相关的工作已获得三次诺贝尔物理奖：1997 年激光原子冷却技术、2001 年玻色爱因斯坦凝聚以及 2018年光镊技术。

光镊的发明使光的力学效应走向实际应用，使人们在许多研究中从被动的观察转而成为主动的操控,同时光镊对于捕获微小粒子、测量微小作用力及生产微小器件等许多方面都有非常重要的意义：对细胞操控的研究、对细胞应变能力的研究、对细胞横向光阱力的研究、光镊与拉曼荧光光谱测量技术的结合、光镊与光刀的结合等等。

针对光镊应用，卓立汉光可以配合老师搭建完整的系统或是提供对应的部件：

1.激光器

光镊应用对于激光器的稳定性以及光束质量有着较高的要求，选择一款稳定可靠的激光器对于实验起着重要的作用。Laser Quantum 公司成立于 1994 年 , 位于英国柴郡 , 是英国的激光器制造商 , 现有员工 120 人 , 连续 20 年向全球科研和工业市场提供连续激光器、超快激光器和振荡器。连续激光器高功率高达 16W。Laser Quantum 公司独特的二极管泵浦固体激光器 (DPSS)以 OEM 方式被很多公司选用 , 如法国 JY 公司的拉曼光谱仪等等。

1.1.Ventus 紧凑型低噪音 DPSS 激光器

Ventus 系列激光器设计紧凑、结实、噪音低、稳定性, 寿命长 ,波长范围473nm, 532nm, 561nm, 660nm, 671nm 可选 , 是科研市场的首选产品。由于其功率和波长范围广 , Ventus 系列激光器可应用在拉曼光谱、光镊、光遗传和荧光成像。

左图 , Ventus 532蓝线为输出功率 , 红线为RMS噪声随二极体泵浦源驱动电流的变化图；右图 , Ventus 532出光100个小时后的输出功率 (蓝线) 及噪声。

1.2 Finesse 系列

Finesse系列激光器是一款取得诺贝尔奖获得者首肯并且被行业用户认可的产品。其显著特征是拥有低于 0.02% 的超低噪声及通过f to 2f非线性干涉仪对CEP进行反馈控制。其功率最高可以做到16W。

Finesse pure CEP 不需要外置的 AOM 元件 ,提供了简单的光学系统整合方案。

Finesse pure超过70小时的出光测试,噪声(红线 )~0.01%, 功率稳定度 (蓝线 )<0.05%;

2.激光测量产品

光镊实验中，对于光源稳定的测试以及出射光斑的光束质量的测试很有必要。我司独家代理以色列 OPHIR 激光测试产品20年以上。

以色列 OPHIR 公司具备超过 40 年的激光功率能量研发制造经验，拥有热电堆探头、热释电探头、光电管探头全线研发制造能力。自行开发的多种吸收材料、吸收体可各种类型激光器不同的波长、功率 / 能量范围、脉冲宽度等多样化需求。

OPHIR公司具备全套专业的校准能力。所有的探头校准都采用可溯源 NIST 的标准功率激光器或标准探头。除了针对探头在各个波长进行校准外，功率能量探头的设计还有很多复杂而精巧的考量，例如探头表面不同位置响应的不一致性、脉冲频率对热释电探头响应的影响、脉冲宽度 / 平均功率对能量损伤阈值的影响OPHIR借助丰富的经验，在研发设计中充分考量这些因素，并在校准时予以完全、准确定量计量，确保用户能获得完整的计量准确性。

除了激光功率 / 能量外，激光在传输方向横截面的强度分布以及激光的传输特性，也是激光器应用中决定性的因素 : 绝大多数应用需要根据激光的传输特性（M2）来设计光路；定量科学实验和高品质激光加工都需要实际测量激光焦点的分布。同时，很多激光器在使用中，泵浦源或光学器件衰减首先体现在激光光斑的变化上，定期测试激光光斑有助于提前发现衰减倾向，及早维护，降低维护成本、缩短停机时间，预防激光器性能突变导致产线灾害。

激光的截面强度分布的测量（光斑分析）通常采用光束分析仪，而传输特性通常用 M2 表征。

Spiricon 公司是业内久负盛名的激光光束分析仪和M2生产厂家，自上世纪七十年代末开始研发提供激光光束品质分析仪，并参与制定了光斑测量的ISO11146-3标准。产品种类覆盖CCD相机式光束分析仪、InGaAs面阵相机光束分析仪、热释电晶体面阵光束分析仪、狭缝扫描式光束分析仪、全自动M2 测量仪、高功率激光聚焦测试仪等，波长覆盖13nm~3000μm，广泛应用于激光器制造、激光精密加工、光通讯、太赫兹、激光科学研究等领域。Spiricon公司2006年加入OPHIR集团，使后者成为激光测量全系解决方案的供应商。

3.定制光路系统-CS 系列笼式系统

光镊应用同样对于光路系统的调整以及稳定性有着很高要求，卓立汉光的笼式系统光机组件不仅仅是简单的光学系统搭建工具，更为科研人员提供了一系列解决方案的强大工具。CS系列笼式组件可用于高端科研仪器集成化的定制化搭建，可被广泛应用于空间光调制器、DMD 衍射系统、白光干涉仪、移相干涉仪、生物传感器系统、多相机成像系统、超辨系统、光镊系统、显微系统等领域。