Construction d'un microscope à haute résolution avec des capacités de piégeage optique classique et holographique

Dans cette procédure, une ligne de piégeage optique conventionnelle et holographique est assemblée et alignée. Pour ce faire, mesurez d’abord l’emplacement des composants optiques, puis montez les composants en toute sécurité à leur place. Ensuite, alignez l’optique pour permettre le piégeage. La dernière étape consiste à bloquer le faisceau TED du miroir holographique.

En fin de compte, le système fini permet un piégeage holographique et ordinaire simultané. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que le piégeage ordinaire seul, est qu’elle permet le positionnement simultané de plusieurs objets réfractifs en trois dimensions et des mesures rapides de manipulation d’objets. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal à le faire, car la conception, la mise en page et l’alignement peuvent être difficiles.

Le point de départ de cette vidéo est un banc optique avec le microscope en place pour créer un piège optique à 980 nanomètres. Commencez par l’une des diodes laser de cette longueur d’onde, facilement disponibles. Utilisez un laser d’inclinaison de porc avec une polarisation, en préservant la fibre monomode de diamètre de champ de mode connu.

La fibre doit être suffisamment longue pour agir comme un filtre de mode et doit être terminée par un connecteur de canal de fibre optique avec un connecteur FCPC ou F-C-A-P-C. La fibre optique monomode doit être manipulée avec précaution, les torsions doivent être évitées. Fixez la diode laser et le support qui permettent le contrôle de l’alimentation et de la température.

Le support doit être directement fixé au banc optique pour maximiser le dissipation thermique passive. Ensuite, montez le connecteur de fibre sur l’optique d’assemblage du faisceau. Assurez-vous que le port fibre choisi correspond au diamètre de champ de mode de la diode.

La fibre en queue de cochon fixe l’adaptateur d’assemblage à la table optique à une distance suffisante du microscope pour permettre l’acheminement du faisceau, l’expansion et le placement d’autres composants. Les couleurs des tiges peuvent être utilisées pour fixer l’espacement des lentilles pour un positionnement robuste et reproductible. Ajustez le port de fibre pour assurer un gaspillage constant du faisceau sur des distances comparables à la trajectoire globale du faisceau vers le microscope.

Il y a cinq miroirs sur la trajectoire du faisceau laser DDE. À partir du dde laser, il y a deux miroirs pour diriger sa sortie dans le boîtier du microscope. Le faisceau doit également passer à travers un miroir dichroïque, ce qui permet une transmission non diminuée du faisceau de la diode laser à 45 degrés selon l’angle des incidents.

Enfin, deux miroirs diiques passe-bas supplémentaires qui transmettent la lumière visible, mais réfléchissent le proche infrarouge et au-dessus. Acheminez le faisceau dans et hors du microscope. L’espace infini un est à l’intérieur du boîtier du microscope pour ajuster les miroirs, retirer l’objectif du microscope.

Utilisez les miroirs et une carte de visualisation infrarouge pour acheminer le faisceau à travers l’ouverture de l’étage de montage de l’objectif. Si la poutre est décentrée, ajustez les miroirs pour fixer l’alignement afin que la poutre soit centrée. Lors du montage d’objectifs, un système de cage peut entraîner un assemblage rigide.

Les étriers peuvent être utilisés pour pré-mesurer les distances entre les lentilles le long des tiges de cage avant l’installation. Montez temporairement un pointeur laser rouge avec un adaptateur personnalisé à la place de l’objectif afin que son faisceau se trouve le long de l’axe optique du microscope. Utilisez le faisceau du pointeur laser visible pour placer et aligner grossièrement l’expanseur de faisceau de 980 nanomètres.

Cette configuration utilise des objectifs avec une distance focale de 60 millimètres et 125 millimètres dans un arrangement keary pour doubler environ la taille du faisceau. Ensuite, installez les lentilles de direction de 980 nanomètres en utilisant le faisceau du pointeur comme guide ici. Chaque lentille est dotée d’une monture de 60 millimètres de distance focale, la première lentille dans le trajet du faisceau sur une platine de précision X, Y, Z avec une portée de course d’au moins un demi-pouce pour permettre l’orientation du faisceau.

La deuxième lentille peut maintenant être positionnée de manière à former un arrangement individuel avec la première lentille. Cette lentille doit être positionnée de manière à être conjuguée optiquement au plan focal arrière de l’objectif. Pour préparer le piège holographique, montez le laser de 1064 nanomètres sur une plate-forme surélevée à peu près à la hauteur du faisceau de 980 nanomètres.

Placez une plaque demi-onde et un polariseur juste après la sortie laser. Pour permettre le réglage manuel de la puissance du laser. Installez l’extenseur de faisceau pour ce laser de sorte que les déchets de faisceau soient dilatés pour correspondre à la taille diagonale du miroir holographique.

Si l’espace est limité, utilisez ici des objectifs avec de petites distances focales, 16 millimètres et 175 millimètres. Utilisez maintenant le faisceau du pointeur laser pour positionner le modulateur de lumière spatial ou SLM, qui fait partie du package holographique commercial utilisé. Dans cette expérience, le modulateur spatial de la lumière doit être positionné de manière à être conjugué optiquement au plan focal arrière de l’objectif.

Placez-le de manière à ce que le faisceau du pointeur laser ait l’angle d’incident le plus minimal possible, mais de manière à ce que sa réflexion dégage en toute sécurité tout le matériel sur la table optique. Placez un autre miroir devant l’expanseur de faisceau laser de 1064 nanomètres pour diriger sa lumière vers le modulateur de lumière spatial. Assurez-vous que la lumière du pointeur laser atteint le centre de l’ouverture de l’extenseur de faisceau.

Enfin, installez une paire de lentilles de télescope entre le modulateur de lumière spatial et le miroir dichroïque. Ces objectifs ont des distances focales de 125 millimètres et 200 millimètres. Retirez le pointeur laser, laissez le support d’adaptateur personnalisé pour servir d’ouverture d’alignement de parcours.

Commencez à vérifier l’alignement en utilisant uniquement le faisceau de 980 nanomètres. Utilisez une visionneuse de carte infrarouge pour aligner le faisceau de 980 nanomètres de manière à ce qu’il longe l’axe central de l’ouverture dans l’adaptateur personnalisé. Utilisez ensuite la carte infrarouge pour vous assurer que le faisceau de 1064 nanomètres frappe les mêmes endroits que le faisceau de 980 nanomètres le long de leur trajet de faisceau partagé.

Une fois cela fait, remplacez l’adaptateur de montage de pointeur laser personnalisé par un objectif à huile ou à eau à grande ouverture numérique. Ensuite, alignez le piège de 980 nanomètres en faisant marcher le faisceau laser jusqu’à ce qu’un motif d’interférence à symétrie radiale soit visible sur la caméra avec le miroir holographique éteint. Alignez le piège nanométrique de 1064 nanomètres à l’aide du modulateur de lumière spatial et du premier miroir dichroïque pour parcourir le faisceau nanométrique UN DEFRACTED 1064

Dans cet exemple, l’image alignée des deux pièges indique un bon alignement pour un recouvrement efficace, mais peut être encore affinée. Il y a aussi des aberrations mineures associées au faisceau rond 1064, frappant un miroir SLM carré, qui ne peut pas être facilement éliminé en affinant l’alignement de la lentille. Afin de bloquer le piège produit par le faisceau sous-joué du modulateur spatial de lumière, insérez un petit objet opaque sur le chemin de la lumière sous-jouée à un emplacement conjugué au plan d’échantillonnage de ce système.

Une microsphère opaque de 100 à 300 microns de diamètre, qui est en métal, est collée à une lame ou une fenêtre en verre rond transparent infrarouge. Le bloc est placé au point focal commun des lentilles, qui est conjugué optiquement au plan de l’échantillon. Si les faisceaux de piégeage optique sont injectés dans l’espace infini du microscope, le bloqueur de faisceau peut être positionné pour bloquer la lumière non racée ou peut être déplacé pour permettre à toute la lumière de passer.

La configuration assemblée permet à l’opérateur de piéger plusieurs objets réfractifs en temps réel et de les positionner dans les trois dimensions du champ de vision. Ici, les capacités holographiques de l’instrument sont démontrées par le piégeage de microsphères, suspendues dans de l’eau déminéralisée, des cercles rouges et verts indiquent les positions des pièges, le vert indiquant un piège sélectionné pour le repositionnement dans ce clip, la lecture est accélérée après qu’un objet est piégé. Son piège est repositionné manuellement.

L’arrangement final comporte 11 perles représentant le logo de l’Université de l’Utah où cette expérience a été réalisée. Le système permet également d’utiliser ensemble les pièges holographiques et conventionnels. Ici, deux rangées de pièges holographiques sont définies et contrôlées par l’opérateur.

Un piège conventionnel supplémentaire est défini entre les deux rangées. Les microsphères en suspension dans l’eau déminéralisée sont liées par les pièges. Le cordon central est déplacé à un déplacement spatial maximal de 4,1 micromètres, puis ramené à son emplacement d’origine dans les mêmes circonstances.

Mais avec le talon central se déplaçant à 82 micromètres par seconde, cette séquence d’images est produite. Notez le flou de mouvement dans les deuxième et troisième images. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de disposer et d’aligner un système de piège optique double avec un piège holographique indépendant et un piège normal dans la même configuration.

N’oubliez pas que travailler avec des lasers de haute puissance peut être extrêmement dangereux et prenez des précautions telles que le port de lunettes de protection appropriées.