従来のホログラフィック光トラッピング機能を備えた高分解能顕微鏡の構成

この手順では、従来の光トラッピングラインとホログラフィック光トラッピングラインを組み立てて位置合わせします これを達成するために、まず光学部品の位置を測定し、次に部品を適切な位置にしっかりと取り付けます。次に、トラッピングができるように光学系の位置を合わせます。最後のステップは、ホログラフィックミラーからのTEDビームをブロックすることです。

最終的に、完成したシステムは、ホログラフィックトラップと通常のトラップを同時に行うことができます。この手法の主な利点は、通常のトラップのみのような既存の方法よりも、複数の屈折物体を3次元で同時に位置決めし、物体を高速に操作できることです。一般に、この方法に不慣れな人は、デザイン、レイアウト、および位置合わせが難しい場合があるため、苦労します。

このビデオの出発点は、980ナノメートルの光学トラップを作成するための顕微鏡が設置された光学ベンチです。その波長のすぐに利用できるレーザーダイオードの1つから始めます。偏光のあるピッグチルトレーザーを使用し、既知のモードフィールド直径のシングルモードファイバーを保持します。

ファイバーは、モードフィルターとして機能するのに十分な長さである必要があり、FCPCまたはF-C-A-P-Cコネクターを備えたファイバーチャネルコネクターで終端する必要があります。シングルモード光ファイバーは、ねじれを避けて慎重に取り扱う必要があります。レーザーダイオードを固定し、電力と温度制御を可能にするマウント

マウントは、パッシブヒートシンクを最大化するために、光学ベンチに直接取り付ける必要があります。次に、ファイバーコネクタをビームコレーティングオプティクスに取り付けます。選択したファイバーポートがダイオードのモードフィールド直径と一致していることを確認します。

ピグテールファイバーは、顕微鏡から十分な距離でコレーティングアダプターを光学テーブルに取り付けて、ビームルーティングの拡張と他のコンポーネントの配置を可能にします。ロッドの色を使用してレンズの間隔を固定し、堅牢で再現性のある位置決めを行うことができます。ファイバーポートを調整して、顕微鏡へのビーム経路全体に匹敵する距離で一貫したビーム廃棄物を確保します。

DDEレーザービームの経路には5つのミラーがあります。レーザーDDEから始めて、その出力を顕微鏡ハウジングに向けるための2つのミラーがあります。また、ビームはダイクロイックミラーを通過する必要があるため、入射角に対して45度のレーザーダイオードビームの透過率が減少することはありません。

最後に、可視光線を透過するが、近赤外線以上で反射する2つのショートパスDIICミラー。ビームを顕微鏡に出し入れします。インフィニティスペース1は、ミラーを調整し、顕微鏡の対物レンズを取り外すために顕微鏡ハウジング内にあります。

ミラーと赤外線表示カードを使用して、対物レンズ取り付けステージの開口部にビームを配線します。ビームが中心からずれている場合は、ミラーを調整して、ビームが中央に来るように位置合わせを修正します。レンズを取り付ける場合、ケージシステムにより、組み立てが硬くなる可能性があります。

キャリパーは、設置前にケージロッドに沿ったレンズ間の距離を事前に測定するために使用できます。対物レンズの代わりにカスタムアダプターを使用して赤色レーザーポインターを一時的に取り付け、そのビームが顕微鏡の光軸に沿ってくるようにします。可視レーザーポインタービームを使用して、980ナノメートルビームエキスパンダーを配置し、大まかに位置合わせします。

このセットアップでは、焦点距離が60mmと125mmのレンズを鋭敏に配置して、ビームウエストを約2倍にしています。次に、ここでポインタービームを目安に980ナノメートルのステアリングレンズを取り付けます。各レンズには60mmの焦点距離マウントがあり、精密なX、Y、Zステージのビームパスの最初のレンズで、ビームステアリングを可能にするために少なくとも半インチの移動範囲があります。

これで、2 番目のレンズを 1 番目のレンズと 1 対 1 のキーリー配置を形成するように配置できます。このレンズは、対物レンズの後焦点面に光学的に共役するように配置する必要があります。ホログラフィックトラップを準備するには、1064ナノメートルレーザーを980ナノメートルビームとほぼ同じ高さの高架プラットフォームに取り付けます。

レーザー出力の直後に半波長板と偏光板を配置します。レーザー出力の手動調整を可能にするため。このレーザーのビームエキスパンダーを取り付けて、ホログラフィックミラーの対角線サイズに一致するようにビーム廃棄物が拡大されるようにします。

スペースに制約がある場合は、焦点距離が16mmと175mmと小さいレンズを使用してください。次に、レーザーポインタービームを使用して、使用されている商用ホログラフィックパッケージの一部である空間光変調器またはSLMを配置します。この実験では、空間光変調器は、対物レンズの後焦点面に光学的に共役するように配置する必要があります。

レーザーポインタービームの入射角度が可能な限り最小になるように配置しますが、その反射が光学テーブル上のすべてのハードウェアを安全にクリアするように配置してください。1064ナノメートルのレーザービームエキスパンダーの前に別のミラーを配置して、その光を空間光変調器に向けます。レーザー ポインター ライトがビーム エクスパンダーの開口部の中心に当たっていることを確認します。

最後に、空間光変調器とダイクロイックミラーの間に望遠鏡のレンズのペアを取り付けます。これらのレンズの焦点距離は125ミリメートルと200ミリメートルです。レーザーポインターを取り外し、カスタムアダプターマウントをコースアライメントアパーチャとして機能するように残します。

980ナノメートルのビームのみを使用してアライメントチェックを開始します。赤外線カードビューアを使用して、980ナノメートルのビームをカスタムアダプターの開口部の中心軸に沿って位置合わせします。次に、赤外線カードを使用して、1064ナノメートルビームが共有ビームパスに沿って980ナノメートルビームと同じスポットに当たるようにします。

これが完了したら、カスタムレーザーポインター取り付けアダプターを高開口数オイルまたは水対物レンズと交換します。次に、ホログラフィックミラーをオフにして、レーザービームを走査して980ナノメートルのトラップを位置合わせし、放射状に対称な干渉パターンがカメラに見えるようにします。空間光変調器とUN DEFRACTED 1064ナノメートルビームを歩行する最初のダイクロイックミラーを使用して、1064ナノメートルトラップを位置合わせします。

この例では、両方のトラップの整列されたイメージは、効率的なトラップのための良好な整列を示していますが、さらに絞り込むことができます。また、丸い1064ビームが正方形のSLMミラーに当たることに伴う小さな収差もありますが、これはレンズのアライメントを微調整しても簡単には解消できません。空間光変調器からのアンダーアクティングビームによって生成されるトラップをブロックするには、アンダーアクティングライトの経路にある、このシステムのサンプル平面に共役する位置に小さな不透明なオブジェクトを挿入します。

直径100〜300ミクロンの不透明なマイクロスフィア(金属)を、赤外線の透明な丸いガラスカバースリップまたは窓に接着します。ブロックは、レンズの共通焦点に配置され、レンズはサンプル平面に光学的に共役します。光トラッピングビームを顕微鏡の無限空間に注入すると、ビームブロッカを未結合の光を遮断するように配置したり、すべての光を通過させるように移動

組み立てられたセットアップにより、オペレーターは複数の屈折物体をリアルタイムでトラップし、視野内の3次元すべてに配置できます。ここでは、機器のホログラフィック機能は、脱イオン水に懸濁されたマイクロスフィアをトラップすることによって示され、赤と緑の円はトラップの位置を示し、緑はこのクリップで再配置のために選択されたトラップを示し、オブジェクトがトラップされた後に再生が高速化されます。そのトラップは手動で再配置されます。

最終的な配置には、この実験が行われたユタ大学のロゴを描いた11個のビーズがあります。このシステムでは、ホログラフィックトラップと従来のトラップの両方を一緒に使用することもできます。ここでは、2列のホログラフィックトラップが定義され、オペレーターによって制御されます。

2 つの行の間には、追加の従来のトラップが定義されます。脱イオン水に懸濁したマイクロスフェアは、トラップによって結合されています。中央のビードは、最大空間変位4.1マイクロメートルまで移動し、その後、同じ状況で元の位置に戻されます。

しかし、中央のビーズが毎秒82マイクロメートルで動くと、この一連のフレームが生成されます。2 番目と 3 番目の画像のモーション ブラーに注意してください。このビデオを見れば、デュアル光学トラップシステムを独立したホログラフィックトラップとノーマルトラップを同じセットアップでレイアウトし、位置合わせする方法を十分に理解できるはずです。

高出力レーザーでの作業は非常に危険である可能性があるため、適切な保護メガネを着用するなどの予防策を講じることを忘れないでください。