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

Bei diesem Verfahren werden eine konventionelle und eine holografische optische Überfüllungslinie montiert und ausgerichtet. Um dies zu erreichen, messen Sie zunächst die Positionen für optische Komponenten aus und montieren Sie die Komponenten dann sicher an den richtigen Stellen. Richten Sie als Nächstes die Optik so aus, dass ein Überfüllen möglich ist. Der letzte Schritt besteht darin, den TED-Strahl vom holografischen Spiegel zu blockieren.

Letztendlich ermöglicht das fertige System das gleichzeitige holographische und gewöhnliche Trapping. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie dem gewöhnlichen Trapping allein besteht darin, dass sie die gleichzeitige Positionierung mehrerer refraktiver Objekte in drei Dimensionen und schnelle Messungen der Objektmanipulation ermöglicht. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da Design, Layout und Ausrichtung eine Herausforderung darstellen können.

Der Ausgangspunkt dieses Videos ist eine optische Bank mit dem Mikroskop, um eine optische Falle bei 980 Nanometern zu erzeugen. Beginnen Sie mit einer der leicht erhältlichen Laserdioden dieser Wellenlänge. Verwenden Sie einen Molch-Kipp-Laser mit Polarisation, wobei die Singlemode-Faser mit bekanntem Modenfelddurchmesser erhalten bleibt.

Die Faser sollte lang genug sein, um als Modenfilter zu fungieren, und sollte mit einem Fibre-Channel-Steckverbinder mit einem FCPC- oder einem F-C-A-P-C-Steckverbinder abgeschlossen werden. Die Singlemode-Glasfaser sollte mit Vorsicht behandelt werden, Verdrehungen sollten vermieden werden. Befestigen Sie die Laserdiode und die Halterung, die eine Leistungs- und Temperaturregelung ermöglicht.

Die Halterung sollte direkt auf der optischen Bank befestigt werden, um den passiven Kühlkörper zu maximieren. Montieren Sie als Nächstes den Faserverbinder an der Strahlsammeloptik. Stellen Sie sicher, dass der gewählte Faseranschluss mit dem Modenfelddurchmesser der Diode übereinstimmt.

Pigtail-Fasern befestigen den Zusammentragadapter in ausreichendem Abstand zum Mikroskop am optischen Tisch, um die Strahlführung, die Ausdehnung und die Platzierung anderer Komponenten zu ermöglichen. Stabfarben können verwendet werden, um den Linsenabstand für eine robuste, wiederholbare Positionierung zu fixieren. Passen Sie den Faseranschluss an, um eine gleichmäßige Strahlverschwendung über Entfernungen zu gewährleisten, die mit dem gesamten Strahlengang zum Mikroskop vergleichbar sind.

Im Weg des DDE-Laserstrahls befinden sich fünf Spiegel. Ausgehend vom Laser-dde gibt es zwei Spiegel, um den Ausgang in das Mikroskopgehäuse zu leiten. Der Strahl muss auch einen dichroitischen Spiegel passieren, der eine unverminderte Übertragung des Laserdiodenstrahls in einem Winkel von 45 Grad zum Einfallswinkel ermöglicht.

Schließlich zwei zusätzliche Kurzpass-Diic-Spiegel, die sichtbares Licht durchlassen, aber nahes Infrarot und darüber reflektieren. Leiten Sie den Strahl in das Mikroskop hinein und aus ihm heraus. Infinity Space One befindet sich im Mikroskopgehäuse, um die Spiegel zu justieren und das Mikroskopobjektiv zu entfernen.

Verwenden Sie die Spiegel und eine Infrarot-Betrachtungskarte, um den Strahl durch die Blende in der Objektiveinbaustufe zu leiten. Wenn der Balken nicht mittig ist, stellen Sie die Spiegel so ein, dass die Ausrichtung so fixiert wird, dass der Balken in der Mitte ist. Bei der Montage von Linsen kann ein Käfigsystem zu einer starren Montage führen.

Messschieber können verwendet werden, um die Abstände zwischen den Linsen entlang der Käfigstangen vor der Installation vorzumessen. Montieren Sie vorübergehend einen roten Laserpointer mit einem speziellen Adapter anstelle des Objektivs, so dass sein Strahl entlang der optischen Achse des Mikroskops verläuft. Verwenden Sie den sichtbaren Laserpointerstrahl, um den 980-Nanometer-Strahl zu platzieren und grob auszurichten.

Bei diesem Aufbau werden Objektive mit Brennweiten von 60 Millimetern und 125 Millimetern in einer Keary-Anordnung verwendet, um die Strahltaille etwa zu verdoppeln. Installieren Sie als Nächstes die 980-Nanometer-Lenklinsen mit dem Zeigerstrahl als Richtlinie. Jedes Objektiv verfügt über eine 60-Millimeter-Brennweite, die erste Linse im Strahlengang auf einem Präzisions-X-, Y-, Z-Tisch mit einem Verfahrweg von mindestens einem halben Zoll, um eine Strahllenkung zu ermöglichen.

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

Platzieren Sie eine Halbwellenplatte und einen Polarisator direkt nach dem Laserausgang. Um eine manuelle Einstellung der Laserleistung zu ermöglichen. Installieren Sie den Strahlaufweiter für diesen Laser, sodass der Strahlabfall auf die Diagonale des holografischen Spiegels aufgeweitet wird.

Wenn der Platz begrenzt ist, verwenden Sie hier Objektive mit kleinen Brennweiten von 16 Millimetern und 175 Millimetern. Verwenden Sie nun den Laserpointerstrahl, um den räumlichen Lichtmodulator oder SLM zu positionieren, der Teil des verwendeten kommerziellen holografischen Pakets ist. In diesem Versuch muss der Raumlichtmodulator so positioniert werden, dass er optisch an die hintere Brennebene des Objektivs konjugiert ist.

Platzieren Sie ihn so, dass der Laserpointerstrahl einen möglichst geringen Einfallswinkel hat, aber so, dass seine Reflexion die gesamte Hardware auf dem optischen Tisch sicher freigibt. Platzieren Sie einen weiteren Spiegel vor dem 1064 Nanometer großen Laserstrahlaufweiter, um dessen Licht auf den räumlichen Lichtmodulator zu lenken. Stellen Sie sicher, dass das Laserpointerlicht auf die Mitte der Strahlaufweitungsöffnung trifft.

Zum Schluss installieren Sie ein Teleskop-Linsenpaar zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem dichroitischen Spiegel. Diese Objektive haben Brennweiten von 125 Millimetern und 200 Millimetern. Entfernen Sie den Laserpointer und lassen Sie die benutzerdefinierte Adapterhalterung als Blende für die Kursausrichtung dienen.

Beginnen Sie mit der Überprüfung der Ausrichtung nur mit dem 980-Nanometer-Strahl. Verwenden Sie einen Infrarot-Kartenbetrachter, um den 980-Nanometer-Strahl so auszurichten, dass er entlang der Mittelachse der Apertur im benutzerdefinierten Adapter verläuft. Verwenden Sie dann die Infrarotkarte, um sicherzustellen, dass der 1064-Nanometer-Strahl auf die gleichen Punkte trifft wie der 980-Nanometer-Strahl entlang des gemeinsamen Strahlengangs.

Sobald dies erledigt ist, ersetzen Sie den benutzerdefinierten Laserpointer-Montageadapter durch ein Öl- oder Wasserobjektiv mit hoher numerischer Apertur. Richten Sie als Nächstes die 980-Nanometer-Falle aus, indem Sie den Laserstrahl bewegen, bis bei ausgeschaltetem holografischen Spiegel ein radialsymmetrisches Interferenzmuster auf der Kamera zu sehen ist. Richten Sie die 1064-Nanometer-Falle aus, indem Sie den räumlichen Lichtmodulator und den ersten dichroitischen Spiegel verwenden, der den UN DEFRACTED 1064-Nanometer-Strahl bewegt.

In diesem Beispiel zeigt das ausgerichtete Bild für beide Überfüllungen eine gute Ausrichtung für eine effiziente Überfüllung an, kann aber weiter verfeinert werden. Es gibt auch kleinere Aberrationen, die mit dem runden 1064-Strahl verbunden sind, der auf einen quadratischen SLM-Spiegel trifft, die nicht einfach durch eine Verfeinerung der Linsenausrichtung beseitigt werden können. Um die Falle zu blockieren, die durch den verdeckten Strahl des Raumlichtmodulators erzeugt wird, führen Sie ein kleines undurchsichtiges Objekt in den Weg des untergetauchten Lichts an einer Stelle ein, die mit der Probenebene für dieses System konjugiert ist.

Eine undurchsichtige Mikrokugel mit einem Durchmesser von 100 bis 300 Mikrometern, bei der es sich um Metall handelt, wird auf ein infrarottransparentes rundes Glasdeckglas oder ein Fenster geklebt. Der Block wird auf dem gemeinsamen Brennpunkt der Linsen platziert, der optisch mit der Probenebene konjugiert ist. Wenn die optischen Fangstrahlen in den Unendlichkeitsraum des Mikroskops injiziert werden, kann der Strahlblocker so positioniert werden, dass er nicht rassiertes Licht blockiert, oder er kann so bewegt werden, dass das gesamte Licht durchgelassen wird.

Der aufgebaute Aufbau ermöglicht es dem Bediener, mehrere refraktive Objekte in Echtzeit einzufangen und in allen drei Dimensionen im Sichtfeld zu positionieren. Hier werden die holographischen Fähigkeiten des Instruments durch das Einfangen von Mikrokugeln gezeigt, die in deionisiertem Wasser aufgehängt sind, rote und grüne Kreise zeigen Fallenpositionen, wobei Grün eine Falle anzeigt, die in diesem Clip zur Neupositionierung ausgewählt wurde, die Wiedergabe wird beschleunigt, nachdem ein Objekt gefangen wurde. Die Falle wird manuell neu positioniert.

Das endgültige Arrangement besteht aus 11 Perlen, die das Logo der University of Utah darstellen, an der dieses Experiment durchgeführt wurde. Das System ermöglicht auch die gemeinsame Verwendung der holographischen und konventionellen Fallen. Hier werden zwei Reihen von holographischen Traps definiert und vom Operator gesteuert.

Zwischen den beiden Reihen ist eine zusätzliche konventionelle Falle definiert. In deionisiertem Wasser suspendierte Mikrosphären werden durch die Fallen gebunden. Die mittlere Raupe wird auf eine maximale räumliche Verschiebung von 4,1 Mikrometern bewegt und dann unter den gleichen Umständen wieder an ihre ursprüngliche Position zurückgeführt.

Da sich die mittlere Raupe jedoch mit 82 Mikrometern pro Sekunde bewegt, wird diese Abfolge von Bildern erzeugt. Beachten Sie die Bewegungsunschärfe im zweiten und dritten Bild. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein duales optisches Fallensystem mit unabhängigen holografischen und normalen Fallen in derselben Konfiguration anbringen und ausrichten.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Hochleistungslasern extrem gefährlich sein kann, und treffen Sie Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen einer geeigneten Schutzbrille.