بناء مجهر عالي الدقة مع التقليدية والتصوير المجسم قدرات ملائمة بصري

في هذا الإجراء، يتم تجميع ومحاذاة خط احتجاز بصري تقليدي وآخر هولوغرافي. ولتحقيق ذلك، قم أولاً بتحديد مواقع المكونات البصرية، ثم ثبت المكونات بإحكام في مواقعها الصحيحة. بعد ذلك، قم بمحاذاة البصريات للسماح بعملية الاحتجاز. وتتمثل الخطوة النهائية في حجب شعاع TED عن المرآة الهولوغرافية.

في نهاية المطاف، يتيح النظام المكتمل إمكانية الاحتجاز الهولوغرافي والعادي في آن واحد. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل الاحتجاز العادي وحده، في أنها تسمح بتحديد مواقع أجسام متعددة ذات معامل انكسار في الأبعاد الثلاثة في وقت واحد، وإجراء قياسات سريعة لمعالجة الأجسام. وبوجه عام، قد يواجه المبتدئون في هذه الطريقة بعض الصعوبات لأن عمليات التصميم والتخطيط والمحاذاة قد تكون شاقة.

نقطة البداية في هذا الفيديو هي منصة بصرية يوجد عليها المجهر لإنشاء مصيدة بصرية عند 980 نانومتر. ابدأ باستخدام أحد صمامات الليزر الثنائية المتوفرة بهذا الطول الموجي. استخدم ليزر pig tilt مع استقطاب، وألياف أحادية النمط ذات قطر مجال نمط معروف.

يجب أن يكون الليف البصري طويلاً بما يكفي ليعمل كمرشح للأنماط، ويجب أن ينتهي بموصل قناة ليفية إما من نوع FCPC أو F-C-A-P-C. يجب التعامل مع الليف البصري أحادي النمط بعناية، مع تجنب حدوث أي التواءات. قم بتثبيت صمام الليزر والمثبت الذي يسمح بالتحكم في الطاقة ودرجة الحرارة.

يجب تثبيت الحامل مباشرة على المنضدة البصرية لتحقيق أقصى قدر من تبديد الحرارة السلبي. بعد ذلك، قم بتثبيت موصل الألياف بالبصريات المجمعة للحزمة. تأكد من أن منفذ الألياف المختار يتوافق مع قطر مجال النمط للديود.

قم بتثبيت محول التجميع الخاص بالألياف ذات الذيل الخنزيري (Pigtail fiber) على الطاولة البصرية على مسافة كافية من المجهر للسماح بتوسيع مسار توجيه الشعاع ووضع المكونات الأخرى. يمكن استخدام ألوان القضبان لتحديد المسافات بين العدسات لضمان تموضع قوي وقابل للتكرار. اضبط منفذ الألياف لضمان اتساق خصائص الشعاع (beam waste) عبر مسافات مماثلة للمسار الإجمالي للشعاع وصولاً إلى المجهر.

توجد خمس مرايا في مسار شعاع ليزر DDE. بدءاً من ليزر dde، توجد مرآتان لتوجيه مخرجاته إلى غلاف المجهر. كما يجب أن يمر الشعاع عبر مرآة ثنائية اللون، والتي تسمح بنقل شعاع صمام الليزر دون نقص بزاوية 45 درجة بالنسبة لزاوية السقوط.

أخيراً، توجد مرآتان إضافيتان قصيرتا التمرير تعكسان الأشعة تحت الحمراء القريبة وما فوقها، بينما تمرران الضوء المرئي. يتم توجيه الشعاع إلى داخل المجهر ومنه إلى الخارج. تقع مساحة اللانهاية الأولى داخل هيكل المجهر لضبط المرايا، قم بإزالة الشيئية الخاصة بالمجهر.

استخدم المرايا وبطاقة عرض بالأشعة تحت الحمراء لتوجيه الشعاع عبر الفتحة الموجودة في مرحلة تثبيت الشيئية. إذا كان الشعاع بعيداً عن المركز، فقم بضبط المرايا لإصلاح المحاذاة بحيث يصبح الشعاع في المركز. عند تركيب العدسات، يمكن أن يؤدي استخدام نظام القفص إلى الحصول على تجميعة صلبة.

يمكن استخدام القدمة ذات الورنية لقياس المسافات بين العدسات مسبقاً على طول قضبان القفص قبل التركيب. قم بتثبيت مؤشر ليزر أحمر مؤقتاً باستخدام محول مخصص بدلاً من الشيئية بحيث يكون شعاعه على طول المحور البصري للمجهر. استخدم شعاع مؤشر الليزر المرئي لوضع ومحاذاة موسع شعاع 980 nanometer بشكل تقريبي.

يستخدم هذا الإعداد عدسات بطول بؤري 60 millimeter و 125 millimeter بترتيب keary لمضاعفة خصر الحزمة تقريباً. بعد ذلك، قم بتركيب عدسات التوجيه بطول موجي 980 nanometer باستخدام حزمة المؤشر كدليل هنا. تمتلك كل عدسة حامل طول بؤري 60 millimeter، وتوضع العدسة الأولى في مسار الحزمة على منصة دقيقة X, Y, Z بمدى حركة لا يقل عن نصف بوصة للسماح بتوجيه الحزمة.

يمكن الآن وضع العدسة الثانية لتشكيل ترتيب كيري (keary) بنسبة واحد إلى واحد مع العدسة الأولى. يجب وضع هذه العدسة بحيث تكون مقترنة بصرياً بالمستوى البؤري الخلفي للشيئية. ولتحضير المصيدة الهولوغرافية، قم بتركيب ليزر 1064 nanometer على منصة مرتفعة عند مستوى ارتفاع شعاع 980 nanometer تقريباً.

ضع لوحة نصف موجية ومستقطباً مباشرة بعد مخرج الليزر، وذلك للسماح بالضبط اليدوي لقوة الليزر. قم بتركيب موسع الحزمة لهذا الليزر بحيث يتم توسيع خصر الحزمة ليتناسب مع الحجم القطري للمرآة الهولوغرافية.

إذا كانت المساحة محدودة، استخدم عدسات ذات أطوال بؤرية صغيرة هنا، 16 millimeters و 175 millimeters. الآن استخدم شعاع مؤشر الليزر لتحديد موضع مُعدل الضوء المكاني أو SLM، والذي يعد جزءًا من الحزمة الهولوغرافية التجارية المستخدمة. في هذه التجربة، يجب وضع مُعدل الضوء المكاني بحيث يكون مقترنًا بصريًا بالمستوى البؤري الخلفي للشيئية.

ضعها بحيث تكون زاوية سقوط شعاع مؤشر الليزر أقل ما يمكن، مع ضمان أن ينعكس الشعاع بعيداً عن جميع الأجهزة الموجودة على الطاولة البصرية بأمان. ضع مرآة أخرى أمام موسع شعاع الليزر بطول موجي 1064 nanometer لتوجيه ضوئه إلى معدل الضوء المكاني. تأكد من أن ضوء مؤشر الليزر يصيب مركز فتحة موسع الشعاع.

أخيراً، قم بتركيب زوج من عدسات التلسكوب بين مُعدّل الضوء المكاني والمرآة ثنائية اللون. يبلغ البعد البؤري لهذه العدسات 125 millimeters و 200 millimeters. قم بإزالة مؤشر الليزر، واترك قاعدة المهايئ المخصصة لتعمل كفتحة لمحاذاة تقريبية.

ابدأ في التحقق من المحاذاة باستخدام شعاع 980 nanometer فقط. استخدم عارض بطاقة الأشعة تحت الحمراء لمحاذاة شعاع 980 nanometer ليمر عبر المحور المركزي للفتحة الموجودة في المهايئ المخصص. بعد ذلك، استخدم بطاقة الأشعة تحت الحمراء للتأكد من أن شعاع 1064 nanometer يضرب نفس النقاط التي يضربها شعاع 980 nanometer على طول مسار الشعاع المشترك بينهما.

بمجرد الانتهاء من ذلك، استبدل محول تثبيت مؤشر الليزر المخصص بعدسة شيئية ذات فتحة عددية عالية مخصصة للزيت أو الماء. بعد ذلك، قم بمحاذاة المصيدة ذات الطول الموجي 980 nanometer عن طريق تحريك شعاع الليزر حتى يظهر نمط تداخل متماثل شعاعياً على الكاميرا مع إيقاف تشغيل المرآة الهولوغرافية. قم بمحاذاة المصيدة ذات الطول الموجي 1064 nanometer باستخدام معدل الضوء المكاني والمرآة ثنائية اللون الأولى لتحريك شعاع 1064 nanometer غير المنكسر.

في هذا المثال، تشير الصورة المحاذية لكلا المصيدتين إلى وجود محاذاة جيدة لضمان عملية اصطياد فعالة، ولكن يمكن تحسينها بشكل أكبر. توجد أيضاً انحرافات طفيفة مرتبطة بشعاع 1064 المستدير عند اصطدامه بمرآة SLM مربعة، وهي انحرافات لا يمكن التخلص منها بسهولة عن طريق تحسين محاذاة العدسة. ومن أجل حجب المصيدة الناتجة عن الشعاع غير المفعل القادم من معدل الضوء المكاني، قم بإدخال جسم صغير معتم في مسار الضوء غير المفعل في موقع مترافق مع مستوى العينة في هذا النظام.

يتم لصق كرة مجهرية معتمة من المعدن، يتراوح قطرها من 100 إلى 300 ميكرون، على شريحة غطاء زجاجية مستديرة أو نافذة شفافة للأشعة تحت الحمراء. وتوضع هذه الكتلة عند النقطة البؤرية المشتركة للعدسات، والتي تكون مقترنة بصرياً بمستوى العينة. وإذا تم حقن أشعة الاحتجاز البصري في الفضاء اللانهائي للمجهر، فيمكن وضع حاجب الأشعة لحظر الضوء غير المتتبع أو تحريكه للسماح بمرور الضوء بالكامل.

يسمح الإعداد الذي تم تجميعه للمشغل بحجز أجسام انكسارية متعددة في الوقت الفعلي وتحديد مواقعها في جميع الأبعاد الثلاثة ضمن مجال الرؤية. هنا، يتم استعراض القدرات الهولوغرافية للجهاز من خلال حجز كرات مجهرية معلقة في ماء منزوع الأيونات؛ حيث توضح الدوائر الحمراء والخضراء مواقع الحجز، وتشير الدائرة الخضراء إلى الحجز الذي تم اختياره لإعادة تحديد موقعه في هذا المقطع، مع تسريع عرض التشغيل بعد حجز الجسم. يتم بعد ذلك إعادة تحديد موقع الحجز يدويًا.

يتكون الترتيب النهائي من 11 خرزة تشكل شعار جامعة Utah حيث أُجريت هذه التجربة. كما يتيح النظام استخدام المصائد الهولوغرافية والتقليدية معاً. وهنا يتم تحديد صفين من المصائد الهولوغرافية والتحكم فيهما بواسطة المشغل.

يتم تحديد مصيدة تقليدية إضافية بين الصفين. وتُحجز الكرات الدقيقة المعلقة في الماء منزوع الأيونات بواسطة المصائد. يتم نقل الخرزة المركزية إلى أقصى إزاحة مكانية قدرها 4.1 micrometers ثم تُعاد إلى موقعها الأصلي تحت نفس الظروف.

ولكن مع تحرك الخرزة المركزية بسرعة 82 micrometers per second، يتم إنتاج هذا التسلسل من الإطارات. لاحظ ضبابية الحركة في الصورتين الثانية والثالثة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إعداد ومحاذاة نظام مصيدة بصرية مزدوجة تحتوي على مصيدة هولوغرافية وأخرى عادية مستقلة في نفس التجهيز.

لا تنسَ أن العمل مع ليزرات عالية القدرة يمكن أن يكون خطيراً للغاية، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة مثل ارتداء نظارات واقية مناسبة.