Bouw van een hoge resolutie microscoop met conventionele en holografische optische Trapping Capabilities

In deze procedure worden een conventionele en een holografische optische pincetopstelling geassembleerd en uitgelijnd. Om dit te bereiken, worden eerst de posities voor de optische componenten bepaald, waarna de componenten stevig op de juiste locaties worden gemonteerd. Vervolgens wordt de optiek uitgelijnd om trapping mogelijk te maken. De laatste stap is het blokkeren van de TED-bundel bij de holografische spiegel.

Uiteindelijk maakt het voltooide systeem gelijktijdige holografische en gewone trapping mogelijk. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals enkel gewone trapping, is dat het de gelijktijdige positionering van meerdere refractieve objecten in drie dimensies en snelle metingen van objectmanipulatie mogelijk maakt. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat het ontwerp, de lay-out en de uitlijning uitdagend kunnen zijn.

Het startpunt van deze video is een optische bank met de microscoop in positie om een optische val te creëren bij 980 nanometer. Begin met een van de readily available laserdiodes met die golflengte. Gebruik een pig tilt laser met een polarisatiebehoudende single-mode fiber met een bekende mode field diameter.

De vezel moet lang genoeg zijn om als modusefilter te fungeren en moet worden afgesloten met een vezelkanaalaansluiting met een FCPC- of een F-C-A-P-C-connector. De single-mode optische vezel moet met zorg worden behandeld; draaiingen moeten worden vermeden. Bevestig de laserdiode en de houder die regeling van het vermogen en de temperatuur mogelijk maakt.

De houder moet direct op de optische tafel worden bevestigd om de passieve warmteafvoer te maximaliseren. Monteer vervolgens de fiberconnector op de optica voor het collimeren van de bundel. Zorg ervoor dat de gekozen fiberpoort overeenkomt met de mode field diameter van de diode.

Bevestig de collating adapter met een pigtail-vezel op de optische tafel op voldoende afstand van de microscoop om ruimte te bieden voor de uitbreiding van de straalvoering en de plaatsing van andere componenten. Kleuren van de staven kunnen worden gebruikt om de lensafstand vast te leggen voor een robuuste, reproduceerbare positionering. Stel de vezelpoort af om een consistente straalbreedte te waarborgen over afstanden die vergelijkbaar zijn met het totale straalpad naar de microscoop.

Er bevinden zich vijf spiegels in het pad van de DDE-laserstraal. Beginnend bij de dde-laser zijn er twee spiegels om de output naar de behuizing van de microscoop te leiden. De straal moet ook door een dichroïsche spiegel passeren, die een onverminderde transmissie van de laserdiodestraal toestaat onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de invalshoek.

Ten slotte, twee aanvullende kortpasserende dichroïsche spiegels die zichtbaar licht doorlaten, maar nabij-infrarood en hoger reflecteren. Leid de straal de microscoop in en uit. De oneindige ruimte één bevindt zich in de behuizing van de microscoop om de spiegels af te stellen; verwijder het objectief van de microscoop.

Gebruik de spiegels en een infrarode kijkkaart om de straal door de opening in de objectiefhouder te leiden. Als de straal niet in het midden staat, pas dan de spiegels aan om de uitlijning te corrigeren zodat de straal gecentreerd is. Bij het monteren van lenzen kan een kooisysteem leiden tot een rigide assemblage.

Een schuifmaat kan worden gebruikt om de afstanden tussen de lenzen langs de kooistangen voor te meten vóór de installatie. Monteer tijdelijk een rode laserpointer met een aangepaste adapter in plaats van het objectief, zodat de straal langs de optische as van de microscoop loopt. Gebruik de zichtbare straal van de laserpointer om de 980 nanometer beam expander te plaatsen en grof uit te lijnen.

Deze opstelling maakt gebruik van lenzen met een brandpuntsafstand van 60 millimeter en 125 millimeter in een Keary-configuratie om de bundelwaist ongeveer te verdubbelen. Installeer vervolgens de 980 nanometer stuurlenzen met de aanwijsbundel als gids. Elke lens heeft een houder voor een brandpuntsafstand van 60 millimeter; de eerste lens in het bundelpad bevindt zich op een precisie X, Y, Z-tafel met een bereik van ten minste een halve inch om bundelsturing mogelijk te maken.

De tweede lens kan nu zodanig worden geplaatst dat er een één-op-één keary-opstelling met de eerste lens wordt gevormd. Deze lens moet zodanig worden gepositioneerd dat deze optisch geconjugeerd is met het achterste brandpuntsvlak van het objectief. Om de holografische trap voor te bereiden, wordt de 1064 nanometer laser op een verhoogd platform geplaatst, ongeveer op de hoogte van de 980 nanometer straal.

Plaats een halve-golvelamplaat en een polarisator direct na de laseruitgang om handmatige aanpassing van het laservermogen mogelijk te maken. Installeer de straaluitbreider voor deze laser zodanig dat de straalbreedte wordt vergroot om overeen te komen met de diagonale afmeting van de holografische spiegel.

Als de ruimte beperkt is, gebruik hier lenzen met kleine brandpuntsafstanden, 16 millimeter en 175 millimeter. Gebruik nu de straal van de laserpointer om de spatial light modulator of SLM te positioneren, die deel uitmaakt van het gebruikte commerciële holografische pakket. In dit experiment moet de spatial light modulator zo worden geplaatst dat deze optisch geconjugeerd is met het achterste brandpuntsvlak van het objectief.

Plaats deze zodanig dat de laserstraal de kleinst mogelijke invalshoek heeft, maar zodanig dat de reflectie veilig langs alle hardware op de optische tafel gaat. Plaats een andere spiegel voor de 1064 nanometer laserstraaluitbreider om het licht naar de ruimtelijke lichtmodulator te richten. Zorg ervoor dat het licht van de laserstraal precies in het midden van de opening van de straaluitbreider valt.

Installeer tot slot een telescoop paar lenzen tussen de spatial light modulator en de dichroïsche spiegel. Deze lenzen hebben brandpuntsafstanden van 125 millimeter en 200 millimeter. Verwijder de laserpointer en laat de op maat gemaakte adapterhouder zitten om als grove uitlijningsopening te dienen.

Begin met het controleren van de uitlijning met uitsluitend de 980 nanometer straal. Gebruik een infraroodkaartviewer om de 980 nanometer straal zo uit te lijnen dat deze langs de middenas van de opening in de op maat gemaakte adapter loopt. Gebruik vervolgens de infraroodkaart om te controleren of de 1064 nanometer straal op dezelfde punten valt als de 980 nanometer straal langs hun gemeenschappelijke straalpad.

Zodra dit is voltooid, vervangt u de aangepaste montageadapter voor de laserpointer door een olie- of waterobjectief met een hoge numerieke apertuur. Lijn vervolgens de 980 nanometer trap uit door de laserstraal te verschuiven totdat er een radiaal symmetrisch interferentiepatroon op de camera zichtbaar is terwijl de holografische spiegel is uitgeschakeld. Lijn de 1064 nanometer trap uit door de ruimtelijke lichtmodulator en de eerste dichroïsche spiegel te gebruiken om de ONGEBRACTE 1064 nanometer straal te verschuiven.

In dit voorbeeld geeft het uitgelijnde beeld voor beide traps aan dat de uitlijning voldoende is voor efficiënt vangen, maar dat deze verder kan worden verfijnd. Er zijn ook geringe aberraties geassocieerd met de ronde 1064-straal die een vierkante SLM-spiegel raakt, welke niet eenvoudig kunnen worden geëlimineerd door de lensuitlijning te verfijnen. Om de trap te blokkeren die wordt geproduceerd door de niet-geactiveerde straal van de spatial light modulator, plaatst u een klein ondoorzichtig object in het pad van het niet-geactiveerde licht op een locatie die conjugaat is aan het monster-vlak voor dit systeem.

Een ondoorzichtige microsfeer van 100 tot 300 micron diameter, bestaande uit metaal, wordt gelijmd aan een infrarood-transparant rond glazen dekglas of venster. Het blok wordt geplaatst op het gemeenschappelijke brandpunt van de lenzen, dat optisch geconjugeerd is met het monsterplane. Als de optische trapping-stralen in de oneindigheidsruimte van de microscoop worden geïnjecteerd, kan de straalblokkering worden gepositioneerd om ongebruikt licht te blokkeren of kan deze worden verplaatst om al het licht door te laten.

De gemonteerde opstelling stelt de operator in staat om meerdere refractieve objecten in real-time te vangen en deze in alle drie de dimensies in het gezichtsveld te positioneren. Hier worden de holografische mogelijkheden van het instrument gedemonstreerd door microsferen, gesuspendeerd in gedeïoniseerd water, te vangen; rode en groene cirkels tonen de posities van de vallen, waarbij groen een val aanduidt die in dit fragment is geselecteerd voor herpositionering. De weergave is versneld nadat een object is gevangen. De bijbehorende val wordt handmatig herpositioneerd.

De uiteindelijke opstelling bevat 11 kralen die het logo van de University of Utah uitbeelden, waar dit experiment is uitgevoerd. Het systeem maakt tevens het gelijktijdig gebruik van zowel holografische als conventionele traps mogelijk. Hier worden twee rijen holografische traps gedefinieerd en door de operator aangestuurd.

Een aanvullende conventionele val wordt gedefinieerd tussen de twee rijen. Microsferen gesuspendeerd in gedeïoniseerd water worden door de vallen gebonden. De middelste kraal wordt verplaatst naar een maximale ruimtelijke verplaatsing van 4,1 micrometers en vervolgens onder dezelfde omstandigheden teruggebracht naar de oorspronkelijke locatie.

Maar wanneer de centrale kraal zich met 82 µm/s verplaatst, wordt deze reeks beelden geproduceerd. Let op de bewegingsonscherpte in het tweede en derde beeld. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een dubbel optisch trap-systeem met een onafhankelijke holografische en normale trap in dezelfde opstelling moet indelen en uitlijnen.

Vergeet niet dat werken met lasers met een hoog vermogen uiterst gevaarlijk kan zijn; neem daarom voorzorgsmaatregelen, zoals het dragen van geschikte beschermende oogbrillen.