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

Neste procedimento, uma linha de captura óptica convencional e holográfica é montada e alinhada Para fazer isso primeiro, meça os locais dos componentes ópticos e, em seguida, monte os componentes com segurança em seus locais adequados. Em seguida, alinhe a ótica para permitir o aprisionamento. A etapa final é bloquear o feixe TED do espelho holográfico.

Em última análise, o sistema acabado permite o aprisionamento holográfico e comum simultâneo. A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como o aprisionamento comum, é que ela permite o posicionamento simultâneo de vários objetos refrativos em três dimensões e medições rápidas de manipulação de objetos. Geralmente, os indivíduos novos nesse método terão dificuldades porque o design, o layout e o alinhamento podem ser desafiadores.

O ponto de partida deste vídeo é uma bancada óptica com o microscópio no lugar para criar uma armadilha óptica de 980 nanômetros. Comece com um dos diodos laser prontamente disponíveis desse comprimento de onda. Use um laser de inclinação de porco com polarização, preservando a fibra monomodo do diâmetro de campo de modo conhecido.

A fibra deve ser longa o suficiente para atuar como um filtro de modo e deve ser terminada com um conector de canal de fibra com um conector FCPC ou FCPC. A fibra óptica monomodo deve ser manuseada com cuidado, torções devem ser evitadas. Prenda o diodo laser e o suporte que permita o controle de energia e temperatura.

A montagem deve ser afixada diretamente na bancada óptica para maximizar o dissipador de calor passivo. Em seguida, monte o conector de fibra na óptica de agrupamento do feixe. Certifique-se de que a porta de fibra escolhida corresponda ao diâmetro do campo de modo do diodo.

A fibra pigtail conecta o adaptador de agrupamento à mesa óptica a uma distância suficiente do microscópio para permitir a expansão do roteamento do feixe e a colocação de outros componentes. As cores da haste podem ser usadas para fixar o espaçamento da lente para um posicionamento robusto e repetível. Ajuste a porta de fibra para garantir um desperdício de feixe consistente em distâncias comparáveis ao caminho geral do feixe para o microscópio.

Existem cinco espelhos no caminho do feixe de laser DDE. A partir do laser dde, existem dois espelhos para direcionar sua saída para a caixa do microscópio. O feixe também tem que passar por um espelho dicróico, que permite a transmissão não diminuída do feixe de diodo laser a 45 graus em relação ao ângulo dos incidentes.

Finalmente, dois espelhos diic de passagem curta adicionais que transmitem luz visível, mas refletem no infravermelho próximo e acima. Direcione o feixe para dentro e para fora do microscópio. O espaço infinito um está dentro da caixa do microscópio para ajustar os espelhos, remova a objetiva do microscópio.

Use os espelhos e um cartão de visualização infravermelho para direcionar o feixe através da abertura no estágio de montagem da objetiva. Se o feixe estiver fora do centro, ajuste os espelhos para fixar o alinhamento de modo que o feixe fique no centro. Ao montar lentes, um sistema de gaiola pode resultar em um conjunto rígido.

Os paquímetros podem ser usados para pré-medir distâncias entre lentes ao longo das hastes da gaiola antes da instalação. Monte temporariamente um ponteiro laser vermelho com um adaptador personalizado no lugar da objetiva para que seu feixe fique ao longo do eixo óptico do microscópio. Use o feixe de ponteiro laser visível para colocar e alinhar aproximadamente o expansor de feixe de 980 nanômetros.

Esta configuração usa lentes com distância focal de 60 milímetros e 125 milímetros em um arranjo keary para aproximadamente dobrar a cintura do feixe. Em seguida, instale as lentes de direção de 980 nanômetros usando o feixe de ponteiro como guia aqui. Cada lente tem uma montagem de distância focal de 60 milímetros, a primeira lente no caminho do feixe em um estágio X, Y, Z de precisão com pelo menos meia polegada de alcance de deslocamento para permitir a direção do feixe.

A segunda lente agora pode ser posicionada para formar um arranjo de keary um-para-um com a primeira lente. Esta lente deve ser posicionada de modo a ser conjugada opticamente ao plano focal traseiro da objetiva. 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 meia onda 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 desperdício de feixe seja expandido para corresponder ao tamanho diagonal do espelho holográfico.

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

Coloque-o de forma que o feixe do ponteiro laser tenha o menor ângulo possível de incidentes, mas de forma que seu reflexo limpe com segurança todo o hardware na mesa óptica. Coloque outro espelho na frente do expansor de feixe de laser de 1064 nanômetros para direcionar sua luz para o modulador de luz espacial. Certifique-se de que a luz do ponteiro laser atinja o centro da abertura do expansor de feixe.

Finalmente, instale um par de lentes de telescópio entre o modulador de luz espacial e o espelho dicróico. Essas lentes têm distâncias focais de 125 milímetros e 200 milímetros. Remova o ponteiro laser, deixe o suporte do adaptador personalizado para servir como uma abertura de alinhamento do curso.

Comece a verificar o alinhamento usando apenas o feixe de 980 nanômetros. Use um visualizador de cartão infravermelho para alinhar o feixe de 980 nanômetros para ir 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 caminho de feixe compartilhado.

Feito isso, substitua o adaptador de montagem do ponteiro laser personalizado por uma objetiva de óleo ou água de alta abertura numérica. Em seguida, alinhe a armadilha de 980 nanômetros caminhando o feixe de laser até que um padrão de interferência radialmente simétrico seja visto na câmera com o espelho holográfico desligado. Alinhe a armadilha de 1064 nanômetros usando o modulador de luz espacial e o primeiro espelho dicróico a percorrer o feixe de 1064 nanômetros DESFRACTADO da ONU.

Neste exemplo, a imagem alinhada para ambos os trapping indica um bom alinhamento para um trapping eficiente, mas pode ser refinada ainda mais. Existem também pequenas aberrações associadas ao feixe redondo 1064, atingindo um espelho SLM quadrado, que não podem ser facilmente eliminadas refinando o alinhamento da lente. Para bloquear a armadilha produzida pelo feixe subacionado do modulador de luz espacial, insira um pequeno objeto opaco no caminho da luz subacionada em um local conjugado ao plano de amostra para este sistema.

Uma microesfera opaca de 100 a 300 mícrons de diâmetro, que é de metal, é colada a uma lamínula ou janela de vidro redondo transparente infravermelho. 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 infinito do microscópio, o bloqueador de feixe pode ser posicionado para bloquear a luz não acionada ou pode ser movido para permitir a passagem de toda a luz.

A configuração montada permite que o operador prenda vários objetos refrativos em tempo real e os posicione em todas as três dimensões no campo de visão. Aqui, as capacidades holográficas do instrumento são mostradas por microesferas de aprisionamento, suspensas em água deionizada, círculos vermelhos e verdes mostram posições de armadilha com verde indicando uma armadilha selecionada para reposicionamento neste clipe, a reprodução é acelerada depois que um objeto é preso. Sua armadilha é reposicionada manualmente.

O arranjo final tem 11 contas representando o logotipo da Universidade de Utah, onde este experimento foi realizado. O sistema também permite o uso de armadilhas holográficas e convencionais juntas. 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 deionizada são ligadas pelas armadilhas. O cordão central é movido para um deslocamento espacial máximo de 4,1 micrômetros e, em seguida, apoiado em seu local original nas mesmas circunstâncias.

Mas com o cordão central se movendo a 82 micrômetros por segundo, essa sequência de quadros é produzida. Observe o desfoque de movimento na segunda e terceira imagens. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como definir e alinhar um sistema de armadilha óptica dupla com armadilha holográfica e normal independente na mesma configuração.

Não se esqueça de que trabalhar com lasers de alta potência pode ser extremamente perigoso e tome precauções como usar óculos de proteção adequados.