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

Dans cette procédure, on assemble et aligne une ligne de piégeage optique conventionnelle et une ligne holographique. Pour ce faire, mesurez d'abord les emplacements des composants optiques, puis fixez solidement les composants à leurs emplacements appropriés. Ensuite, alignez les optiques afin de permettre le piégeage. La dernière étape consiste à bloquer le faisceau TED provenant du miroir holographique.

En fin de compte, le système achevé permet un piégeage holographique et ordinaire simultané. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, comme le piégeage ordinaire seul, est qu'elle permet le positionnement simultané de multiples objets réfringents en trois dimensions et la réalisation de mesures de manipulation rapide des objets. Généralement, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés, car la conception, la disposition et l'alignement peuvent être complexes.

Le point de départ de cette vidéo est un banc optique équipé du microscope permettant de créer un piège optique à 980 nanomètres. Commencez avec une des diodes laser facilement disponibles à cette longueur d'onde. Utilisez un laser à fibre monomode conservant la polarisation, équipée d'une fibre à diamètre de champ modal connu.

La fibre doit être suffisamment longue pour agir comme un filtre de modes et doit se terminer par un connecteur de canal fibre doté d’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 un support permettant le contrôle de la puissance et de la température.

Le support doit être fixé directement sur la banche optique afin d'optimiser la dissipation passive de la chaleur. Ensuite, fixez le connecteur de fibre aux optiques de collimation du faisceau. Assurez-vous que le port de fibre choisi corresponde au diamètre du champ modal de la diode.

Fixez la fibre à brasure au support de collimation sur la table optique à une distance suffisante du microscope pour permettre l'extension du trajet du faisceau et le positionnement d'autres composants. Les couleurs des tiges peuvent être utilisées pour fixer l'espacement des lentilles afin d'obtenir un positionnement robuste et reproductible. Réglez le port de la fibre pour garantir une stabilité constante du faisceau sur des distances comparables à la longueur totale du trajet optique vers le microscope.

Il y a cinq miroirs sur le trajet du faisceau laser DDE. En partant du laser DDE, deux miroirs permettent d'orienter son émission vers le boîtier du microscope. Le faisceau doit également traverser un miroir dichroïque, qui permet une transmission intégrale du faisceau de la diode laser à 45 degrés par rapport à l'angle d'incidence.

Enfin, deux miroirs diélectriques supplémentaires, courts, qui transmettent la lumière visible mais réfléchissent l'infrarouge proche et les longueurs d'onde supérieures. Acheminez le faisceau à l'intérieur et à l'extérieur du microscope. L'espace à l'infini numéro un se trouve à l'intérieur du boîtier du microscope ; pour ajuster les miroirs, retirez l'objectif du microscope.

Utilisez les miroirs et une carte de visualisation infrarouge pour diriger le faisceau à travers l'ouverture dans le support de l'objectif. Si le faisceau est décentré, ajustez les miroirs afin de corriger l'alignement et centrer le faisceau. Lors du montage des lentilles, un système de cage peut permettre d'obtenir un assemblage rigide.

Les pieds à coulisse peuvent être utilisés pour mesurer préalablement les distances entre les lentilles le long des tiges de montage avant leur installation. Montez temporairement un pointeur laser rouge muni d'un adaptateur personnalisé à la place de l'objectif, de sorte que son faisceau suive l'axe optique du microscope. Utilisez le faisceau visible du point游戏副本

Ce dispositif utilise des lentilles de distance focale de 60 millimètres et 125 millimètres disposées selon une configuration keary afin d'augmenter d'environ deux fois le diamètre du faisceau. Ensuite, installer les lentilles de guidage de 980 nanomètres en utilisant le faisceau témoin comme repère. Chaque lentille est montée sur un support de distance focale de 60 millimètres, la première lentille sur le trajet du faisceau étant placée sur une platine de précision X, Y, Z offrant une course d'au moins un demi-pouce pour permettre l'orientation du faisceau.

La seconde lentille peut désormais être positionnée de manière à former un arrangement keary un-à-un avec la première lentille. Cette lentille doit être placée de façon à être optiquement conjuguée au plan focal arrière de l'objectif. Pour préparer le piège holographique, monter le laser de 1064 nanomètres sur une plateforme surélevée à environ la hauteur du faisceau de 980 nanomètres.

Placer une lame demi-onde et un polariseur juste après la sortie du laser, afin de permettre le réglage manuel de la puissance laser. Installer l'agrandisseur de faisceau conçu pour ce laser, de sorte que le faisceau soit élargi pour correspondre à la taille diagonale du miroir holographique.

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

Placez-le de sorte que le faisceau du pointeur laser forme l'angle d'incidence minimal possible, tout en garantissant que son reflet contourne sans danger tout le matériel sur la table optique. Placez un autre miroir devant l'expander de faisceau laser à 1064 nanomètres afin de diriger sa lumière vers le modulateur spatial de lumière. Assurez-vous que la lumière du pointeur laser atteigne le centre de l'ouverture de l'expander de faisceau.

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

Commencez par vérifier l'alignement en utilisant uniquement le faisceau de 980 nanomètres. Utilisez un viseur à carte infrarouge pour aligner le faisceau de 980 nanomètres afin qu'il suive l'axe central de l'ouverture dans l'adaptateur sur mesure. Ensuite, utilisez la carte infrarouge pour vous assurer que le faisceau de 1064 nanomètres atteint les mêmes points que le faisceau de 980 nanomètres le long de leur trajet commun.

Une fois cette étape terminée, remplacez l'adaptateur personnalisé de fixation du pointeur laser par un objectif à immersion huile ou eau à haute ouverture numérique. Ensuite, alignez le piège de 980 nanomètres en ajustant progressivement le faisceau laser jusqu'à l'observation, sur la caméra et avec le miroir holographique éteint, d'un motif d'interférence radialement symétrique. Alignez le piège de 1064 nanomètres en utilisant le modulateur spatial de lumière et le premier miroir dichroïque pour ajuster progressivement le faisceau de 1064 nanomètres non diffracté.

Dans cet exemple, l'image alignée pour les deux pièges indique un bon alignement permettant un piégeage efficace, mais peut être encore améliorée. Des aberrations mineures sont également associées au faisceau rond de 1064, qui frappe un miroir carré du modulateur spatial de lumière, et qui ne peuvent pas être facilement éliminées en affinant l'alignement des lentilles. Afin de bloquer le piège produit par le faisceau sous-activé du modulateur spatial de lumière, insérez un petit objet opaque sur le trajet du faisceau sous-activé, à un endroit conjugué au plan de l'échantillon pour ce système.

Une microsphère opaque de 100 à 300 microns de diamètre, constituée de métal, est collée sur une lame de verre ronde transparente dans l'infrarouge ou sur une fenêtre. Le bloc est placé au point focal commun des lentilles, qui est optiquement conjugué 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 déviée ou être déplacé afin de laisser passer toute la lumière.

Le dispositif assemblé permet à l'opérateur de piéger plusieurs objets réfringents en temps réel et de les positionner dans les trois dimensions du champ de vision. Ici, les capacités holographiques de l'instrument sont illustrées en piégeant des microsphères suspendues dans de l'eau déionisée ; les cercles rouges et verts indiquent les positions des pièges, le vert signalant un piège sélectionné pour être repositionné dans cet extrait. La lecture est accélérée après qu'un objet a été piégé. Son piège est repositionné manuellement.

La disposition finale comporte 11 perles représentant le logo de l'Université de l'Utah où cette expérience a été réalisée. Le système permet également d'utiliser simultanément les pièges holographiques et les pièges conventionnels. Ici, deux rangées de pièges holographiques sont définies et contrôlées par l'opérateur.

Un piège conventionnel supplémentaire est défini entre les deux rangées. Des microsphères suspendues dans de l’eau déionisée sont piégées. La microsphère centrale est déplacée jusqu’à une distance maximale de 4,1 micromètres, puis ramenée à sa position initiale dans les mêmes conditions.

Mais avec la perle centrale se déplaçant à 82 micromètres par seconde, cette séquence d'images est produite. Remarquez le flou de mouvement sur les deuxième et troisième images. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'installer et d'aligner un système de double piège optique comprenant un piège holographique indépendant et un piège normal dans le même dispositif.

N'oubliez pas que le travail avec des lasers de haute puissance peut être extrêmement dangereux ; prenez des précautions, telles que le port de lunettes de protection adaptées.