Bau einer Hohe Auflösung Mikroskop mit Konventionelle und Holographic Optical Trapping Capabilities

Bei diesem Verfahren werden eine konventionelle und eine holographische optische Fangvorrichtung aufgebaut und justiert. Zunächst werden die Positionen der optischen Komponenten abgemessen und anschließend die Komponenten sicher an ihren vorgesehenen Stellen montiert. Danach werden die Optiken zur Erzielung einer effektiven Fangwirkung ausgerichtet. Der letzte Schritt besteht darin, den TED-Strahl vom holographischen Spiegel zu blockieren.

Letztlich ermöglicht das fertige System gleichzeitiges holographisches und gewöhnliches Fangen. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie ausschließlich gewöhnlichem Fangen besteht darin, dass sie die gleichzeitige Positionierung mehrerer refraktiver Objekte in drei Dimensionen sowie schnelle Manipulationsmessungen an Objekten erlaubt. Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da Design, Anordnung und Justage herausfordernd sein können.

Der Ausgangspunkt dieses Videos ist eine optische Bank mit aufgebautem Mikroskop, um eine optische Falle bei 980 Nanometern zu erzeugen. Beginnen Sie mit einer der leicht verfügbaren Laserdioden dieser Wellenlänge. Verwenden Sie einen Pig-Tilt-Laser mit Polarisation und einer single-mode-Faser mit bekanntem Modenfelddurchmesser.

Die Faser sollte lang genug sein, um als Modenfilter zu wirken, und mit einem Faserkanalstecker mit entweder einem FCPC- oder einem F-C-A-P-C-Anschluss abgeschlossen werden. Die einmodige optische Faser sollte vorsichtig behandelt werden; Verdrillungen sind zu vermeiden. Sichern Sie die Laserdiode und eine Halterung, die eine Leistungs- und Temperaturregelung ermöglicht.

Die Halterung sollte direkt an der optischen Bank befestigt werden, um die passive Wärmeableitung zu maximieren. Anschließend befestigen Sie den Faserstecker an den Strahlkollimationsoptiken. Stellen Sie sicher, dass der gewählte Faseranschluss mit dem Modenfelddurchmesser der Diode übereinstimmt.

Das Pigtail-Faserkabel befestigen Sie am Kollimationsadapter auf dem optischen Tisch in ausreichendem Abstand zum Mikroskop, um die Erweiterung der Strahlführung und die Platzierung weiterer Komponenten zu ermöglichen. Mithilfe der Stabfarben kann der Linsenabstand für eine robuste, wiederholbare Positionierung fixiert werden. Stellen Sie den Faseranschluss so ein, dass über Distanzen, die der gesamten Strahllänge zum Mikroskop vergleichbar sind, eine konsistente Strahlablenkung gewährleistet ist.

Im Strahlengang des DDE-Lasers befinden sich fünf Spiegel. Beginnend beim Laser dde gibt es zwei Spiegel, die dessen Ausgangsstrahlung in das Mikroskopgehäuse lenken. Der Strahl muss außerdem einen dichroitischen Spiegel durchlaufen, der die ungeschwächte Transmission des Laserdiodenstrahls in einem Winkel von 45 Grad zur Einfallsebene ermöglicht.

Schließlich zwei zusätzliche kurze Durchlassdichroismirrors, die sichtbares Licht transmittieren, aber nahes Infrarot und darüber reflektieren. Leiten Sie den Strahl in das Mikroskop hinein und wieder heraus. Der Unendlichkeitsraum eins befindet sich innerhalb des Mikroskophauses, um die Spiegel einzustellen; entfernen Sie dazu das Mikroskopobjektiv.

Verwenden Sie die Spiegel und eine Infrarosichtkarte, um den Strahl durch die Blende in der Objektivhalterung zu führen. Falls der Strahl nicht zentriert ist, justieren Sie die Spiegel, um die Ausrichtung zu korrigieren, sodass der Strahl zentriert ist. Bei der Montage von Linsen kann ein Käfigsystem eine stabile Anordnung ergeben.

Schublehren können verwendet werden, um Abstände zwischen Linsen entlang der Käfigstäbe vor der Montage vorab zu messen. Montieren Sie temporär einen roten Laserpointer mit einem speziellen Adapter anstelle des Objektivs, sodass dessen Strahl entlang der optischen Achse des Mikroskops verläuft. Nutzen Sie den sichtbaren Laserpointer-Strahl, um den 980 Nanometer-Strahlverbreiter zu positionieren und grob auszurichten.

Dieser Aufbau verwendet Linsen mit einer Brennweite von 60 Millimetern und 125 Millimetern in einer keary-Anordnung, um den Strahltaille annähernd zu verdoppeln. Als Nächstes installieren Sie die 980-Nanometer-Lenkoptiken unter Verwendung des Zeigerstrahls als Führung. Jede Linse verfügt über eine Fassung mit 60 Millimeter Brennweite; die erste Linse im Strahlengang befindet sich auf einer präzisen X-, Y-, Z-Bühne mit einem Hub von mindestens einem halben Zoll, um die Strahllenkung zu ermöglichen.

Die zweite Linse kann nun so positioniert werden, dass sie eine eins-zu-eins-Abbildung mit der ersten Linse bildet. Diese Linse muss so angeordnet werden, dass sie optisch konjugiert zur hinteren Brennebene des Objektivs ist. Um die holografische Falle vorzubereiten, montieren Sie den 1064 Nanometer Laser auf einer erhöhten Plattform in etwa auf der Höhe des 980 Nanometer Strahls.

Platzieren Sie eine λ/2-Platte und einen Polarisator direkt hinter dem Laserausgang, um eine manuelle Einstellung der Laserleistung zu ermöglichen. Bringen Sie den Strahlvergrößerer für diesen Laser so an, dass der Strahl auf die Diagonalgröße des holografischen Spiegels erweitert wird.

Wenn der Platz begrenzt ist, verwenden Sie hier Linsen mit kleinen Brennweiten, und zwar 16 Millimeter und 175 Millimeter. Positionieren Sie nun den Laserpointerstrahl, um den räumlichen Lichtmodulator oder SLM auszurichten, der Bestandteil des verwendeten kommerziellen holographischen Pakets ist. In diesem Experiment muss der räumliche Lichtmodulator so positioniert werden, dass er optisch konjugiert zur hinteren Brennebene des Objektivs liegt.

Platzieren Sie es so, dass der Laserpointerstrahl den minimal möglichen Einfallswinkel aufweist, aber so, dass seine Reflexion sicher über alle Bauteile auf dem optischen Tisch hinausragt. Platzieren Sie einen weiteren Spiegel vor dem 1064 Nanometer Laserstrahlexpander, um das Licht auf den räumlichen Lichtmodulator zu lenken. Stellen Sie sicher, dass der Laserpointerstrahl die Mitte der Apertur des Strahlexpanders trifft.

Installieren Sie abschließend ein Teleskop aus zwei Linsen zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Dichroischen Spiegel. Diese Linsen haben Brennweiten von 125 Millimetern und 200 Millimetern. Entfernen Sie den Laserpointer und lassen Sie die spezielle Adapterhalterung als grobe Justierblende stehen.

Beginnen Sie mit der Überprüfung der Ausrichtung, indem Sie nur den 980 Nanometer Strahl verwenden. Richten Sie mithilfe einer Infrarot-Kartenanzeige den 980 Nanometer Strahl so aus, dass er entlang der Mittelachse der Öffnung in dem kundenspezifischen Adapter verläuft. Verwenden Sie anschließend die Infrarot-Karte, um sicherzustellen, dass der 1064 Nanometer Strahl dieselben Stellen trifft wie der 980 Nanometer Strahl entlang ihres gemeinsamen Strahlengangs.

Wenn dies abgeschlossen ist, ersetzen Sie den individuellen Befestigungsadapter für den Laserpointer durch ein Objektiv mit hoher numerischer Apertur, das mit Öl oder Wasser verwendet wird. Richten Sie als Nächstes die 980-Nanometer-Falle aus, indem Sie den Laserstrahl justieren, bis auf der Kamera ein radial symmetrisches Interferenzmuster sichtbar ist, wobei der holographische Spiegel ausgeschaltet ist. Richten Sie die 1064-Nanometer-Falle aus, indem Sie den räumlichen Lichtmodulator und den ersten Dichroischen Spiegel verwenden, um den UNBEUGTEN 1064-Nanometer-Strahl zu justieren.

In diesem Beispiel zeigen die ausgerichteten Bilder für beide Fallen eine gute Ausrichtung für eine effiziente Fangung, die jedoch weiter verfeinert werden kann. Es treten außerdem geringfügige Aberrationen auf, die mit dem runden 1064-Strahl verbunden sind, der auf einen quadratischen SLM-Spiegel trifft, und die nicht leicht durch eine verbesserte Linsenausrichtung eliminiert werden können. Um die Falle, die durch den unteraktuierten Strahl des räumlichen Lichtmodulators erzeugt wird, zu blockieren, platzieren Sie ein kleines lichtundurchlässiges Objekt im Strahlengang des unteraktuierten Lichts an einer Stelle, die zur Probenfläche dieses Systems konjugiert ist.

Ein undurchsichtiges Mikrosphärchen mit einem Durchmesser von 100 bis 300 Mikrometern, das aus Metall besteht, wird auf einen für Infrarotlicht durchlässigen runden Glas-Deckel oder eine Fensterscheibe geklebt. Der Block wird an den gemeinsamen Brennpunkt der Linsen platziert, der optisch konjugiert zur Probenebene ist. Werden die optischen Fallenstrahlen in den Unendlichkeitsraum des Mikroskops eingekoppelt, kann der Strahlblocker so positioniert werden, dass er nicht fokussiertes Licht blockiert, oder er kann verschoben werden, um das gesamte Licht passieren zu lassen.

Die zusammengestellte Anlage ermöglicht es dem Bediener, mehrere brechende Objekte in Echtzeit zu erfassen und sie in allen drei Dimensionen im Sichtfeld zu positionieren. Hier werden die holografischen Fähigkeiten des Instruments gezeigt, indem Mikrokügelchen, die in entionisiertem Wasser suspendiert sind, eingefangen werden. Rote und grüne Kreise zeigen die Fangpositionen an, wobei grün einen ausgewählten Fang für die Neupositionierung in diesem Clip kennzeichnet. Die Wiedergabe wird beschleunigt, nachdem ein Objekt eingefangen wurde. Sein Fang wird manuell neu positioniert.

Die endgültige Anordnung besteht aus 11 Perlen, die das Logo der University of Utah darstellen, wo dieses Experiment durchgeführt wurde. Das System ermöglicht auch die gleichzeitige Verwendung sowohl der holographischen als auch der herkömmlichen Fallen. Hier werden zwei Reihen holographischer Fallen vom Bediener definiert und gesteuert.

Ein zusätzlicher konventioneller Fang wird zwischen den beiden Reihen definiert. In destilliertem Wasser suspendierte Mikrokugeln werden von den Fangvorrichtungen gebunden. Die mittlere Kugel wird um maximal 4,1 Mikrometer räumlich verschoben und anschließend unter gleichen Bedingungen an ihren ursprünglichen Ort zurückgeführt.

Doch bei einer Geschwindigkeit der mittleren Perle von 82 Mikrometern pro Sekunde entsteht diese Bildsequenz. Achten Sie auf die Bewegungsunschärfe in den zweiten und dritten Bildern. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein System mit zwei optischen Fallen aufbaut und ausrichtet, bei dem eine holographische und eine normale Falle unabhängig voneinander in derselben Anordnung arbeiten.

Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit Hochleistungslasern äußerst gefährlich sein kann, und treffen Sie Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen geeigneter Schutzbrillen.