Construção de um microscópio de alta resolução com recursos de captura óptica convencional e holográfico

Neste procedimento, uma linha de aprisionamento óptico convencional e holográfica é montada e alinhada. Para realizar isso, primeiro meça as posições dos componentes ópticos, depois fixe os componentes firmemente em seus locais apropriados. Em seguida, alinhe os componentes ópticos para permitir o aprisionamento. O passo final é bloquear o feixe TED proveniente do espelho holográfico.

No final, o sistema concluído permite o aprisionamento holográfico e comum simultaneamente. A principal vantagem desta técnica em relação aos métodos existentes, como o aprisionamento comum isolado, é que ela permite o posicionamento simultâneo de múltiplos objetos refrativos em três dimensões e medições de manipulação rápida de objetos. Em geral, indivíduos novos nesta técnica terão dificuldades, pois o projeto, o layout e o alinhamento podem ser desafiadores.

O ponto de partida deste vídeo é uma bancada óptica com o microscópio posicionado para criar uma armadilha óptica em 980 nanômetros. Comece com um dos diodos a laser facilmente disponíveis com esse comprimento de onda. Utilize um laser de inclinação com fibra monomodo que preserve a polarização e cujo diâmetro do campo modal seja conhecido.

A fibra deve ser longa o suficiente para atuar como um filtro de modos e deve ser terminada com um conector de canal de fibra, seja com conector FCPC ou F-C-A-P-C. A fibra óptica monomodo deve ser manuseada com cuidado, evitando-se torções. Fixe o laser de diodo e o suporte que permite controle de potência e temperatura.

O suporte deve ser fixado diretamente na bancada óptica para maximizar a dissipação passiva de calor. Em seguida, instale o conector de fibra nas ópticas de colimação do feixe. Certifique-se de que a porta de fibra escolhida corresponda ao diâmetro do campo modal do diodo.

Conecte a fibra com terminal tipo pigtail ao adaptador de colimação na mesa óptica, a uma distância suficiente do microscópio para permitir a expansão do trajeto do feixe e a colocação de outros componentes. As cores das hastes podem ser utilizadas para fixar o espaçamento das lentes, garantindo posicionamento robusto e repetível. Ajuste a porta da fibra para assegurar uma divergência consistente do feixe ao longo de distâncias comparáveis ao trajeto total do feixe até o microscópio.

Existem cinco espelhos no trajeto do feixe a laser DDE. A partir do laser dde, há dois espelhos para direcionar sua saída para o interior da carcaça do microscópio. O feixe também precisa atravessar um espelho dicróico, que permite a transmissão sem atenuação do feixe do diodo a laser em 45 graus em relação ao ângulo de incidência.

Finalmente, dois espelhos dielétricos adicionais de curto passo que transmitem luz visível, mas refletem infravermelho próximo e acima. Direcione o feixe para dentro e para fora do microscópio. O espaço infinito um está dentro da carcaça do microscópio para ajustar os espelhos; remova a objetiva do microscópio.

Use os espelhos e uma placa de visualização infravermelha para direcionar o feixe através da abertura na montagem do estágio objetivo. Se o feixe estiver descentralizado, ajuste os espelhos para corrigir o alinhamento, de modo que o feixe fique centralizado. Ao montar lentes, um sistema de gaiola pode resultar em uma montagem rígida.

Paquímetros podem ser usados para pré-medir as distâncias entre lentes ao longo das hastes da montagem antes da instalação. Monte temporariamente um ponteiro laser vermelho com um adaptador personalizado no lugar do objetivo, de modo que seu feixe esteja alinhado com o eixo óptico do microscópio. Utilize o feixe visível do ponteiro laser para posicionar e alinhar aproximadamente o expansor de feixe de 980 nanômetros.

Esta montagem utiliza lentes com distâncias focais de 60 milímetros e 125 milímetros em uma configuração keary para dobrar aproximadamente a cintura do feixe. Em seguida, instale as lentes direcionadoras de 980 nanômetros usando o feixe de referência como guia. Cada lente possui um suporte com distância focal de 60 milímetros, sendo a primeira lente no trajeto do feixe posicionada em uma plataforma de precisão X, Y, Z com pelo menos meia polegada de curso para permitir o direcionamento do feixe.

Agora é possível posicionar a segunda lente para formar um arranjo keary um para um com a primeira lente. Essa lente deve ser posicionada de modo a ficar opticamente conjugada ao plano focal traseiro do objetivo. Para preparar a armadilha holográfica, monte o laser de 1064 nanômetros em uma plataforma elevada, aproximadamente na altura do feixe de 980 nanômetros.

Coloque uma placa de onda meia e um polarizador logo após a saída do laser para permitir o ajuste manual da potência do laser. Instale o expansor de feixe para este laser, de modo que o feixe seja expandido para corresponder ao tamanho diagonal do espelho holográfico.

Se houver restrição de espaço, utilize lentes com pequenas distâncias focais aqui, 16 milímetros e 175 milímetros. Agora, use o feixe do ponteiro laser para posicionar o modulador espacial de luz ou SLM, que faz parte do pacote holográfico comercial utilizado. Neste experimento, o modulador espacial de luz deve ser posicionado de modo a ficar opticamente conjugado ao plano focal traseiro do objetivo.

Posicione-o de modo que o feixe do ponteiro laser tenha o menor ângulo de incidência possível, mas de forma que seu reflexo ultrapasse com segurança todos os equipamentos sobre a mesa óptica. Coloque outro espelho diante do expansor de feixe do laser de 1064 nanômetros para direcionar sua luz ao modulador espacial de luz. Certifique-se de que a luz do ponteiro laser atinja o centro da abertura do expansor de feixe.

Finalmente, instale um par de lentes telescópicas entre o modulador espacial de luz e o espelho dicromático. Essas lentes possuem distâncias focais de 125 milímetros e 200 milímetros. Remova o ponteiro a laser e deixe o suporte adaptador personalizado servir como uma abertura de alinhamento aproximado.

Comece a verificar o alinhamento utilizando apenas o feixe de 980 nanômetros. Use um visor de cartão infravermelho para alinhar o feixe de 980 nanômetros ao longo do eixo central da abertura no adaptador personalizado. Em seguida, use o cartão infravermelho para garantir que o feixe de 1064 nanômetros atinja os mesmos pontos que o feixe de 980 nanômetros ao longo de seu trajeto compartilhado.

Uma vez feito isso, substitua o adaptador personalizado de montagem do ponteiro laser por uma objetiva de óleo ou água de alta abertura numérica. Em seguida, alinhe o aprisionamento de 980 nanômetros movimentando o feixe laser até que um padrão de interferência radialmente simétrico seja visto na câmera com o espelho holográfico desligado. Alinhe o aprisionamento de 1064 nanômetros utilizando o modulador espacial de luz e o primeiro espelho dicróico para movimentar o feixe de 1064 nanômetros NÃO DIFRATADO.

Neste exemplo, a imagem alinhada para ambas as armadilhas indica um bom alinhamento para aprisionamento eficiente, mas pode ser ainda mais refinada. Também existem pequenas aberrações associadas ao feixe redondo de 1064, que atinge um espelho quadrado do modulador espacial de luz, as quais não podem ser facilmente eliminadas apenas com o refinamento do alinhamento da lente. Para bloquear a armadilha produzida pelo feixe subacionado do modulador espacial de luz, insira um pequeno objeto opaco no trajeto da luz subacionada em uma posição conjugada ao plano da amostra para este sistema.

Uma microesfera opaca com diâmetro de 100 a 300 micrômetros, feita de metal, é colada em uma lamínula circular de vidro transparente à luz infravermelha ou em uma janela. O bloco é colocado no ponto focal comum das lentes, que é opticamente conjugado ao plano da amostra. Se os feixes de aprisionamento óptico forem injetados no espaço de infinito do microscópio, o bloqueador de feixe poderá ser posicionado para bloquear a luz não focalizada ou poderá ser movido para permitir a passagem de toda a luz.

A configuração montada permite ao operador aprisionar múltiplos objetos refrativos em tempo real e posicioná-los nas três dimensões do campo de visão. Aqui, as capacidades holográficas do instrumento são demonstradas ao aprisionar microesferas suspensas em água desionizada; círculos vermelhos e verdes indicam as posições das armadilhas, sendo o verde aquele selecionado para reposicionamento neste clipe. A reprodução é acelerada após um objeto ser aprisionado. Sua armadilha é reposicionada manualmente.

O arranjo final possui 11 contas que representam o logotipo da Universidade de Utah, onde este experimento foi realizado. O sistema também permite o uso combinado das armadilhas holográficas e convencionais. Aqui, duas fileiras de armadilhas holográficas são definidas e controladas pelo operador.

Uma armadilha convencional adicional é definida entre as duas linhas. Microesferas suspensas em água desionizada são aprisionadas pelas armadilhas. A esfera central é movida para um deslocamento espacial máximo de 4,1 micrômetros e depois retornada à sua posição original nas mesmas condições.

Mas com a esfera central se movendo a 82 micrômetros por segundo, esta sequência de quadros é produzida. Observe o borrão de movimento nas imagens segunda e terceira. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como montar e alinhar um sistema de armadilha óptica dupla com armadilhas holográfica e normal independentes no mesmo conjunto.

Não se esqueça de que trabalhar com lasers de alta potência pode ser extremamente perigoso; tome precauções, como o uso de proteção ocular adequada.