Строительство микроскопа высокого разрешения с обычными и голографические оптические возможности отлова

В данной процедуре осуществляется сборка и юстировка стандартной и голографической линий оптического пинцета. Для этого сначала разметьте места установки оптических компонентов, затем надежно закрепите компоненты в соответствующих позициях. Далее выполните юстировку оптики для обеспечения захвата частиц. Заключительный этап заключается в блокировке луча TED от голографического зеркала.

В конечном итоге, готовая система позволяет осуществлять одновременное голографическое и обычное захватывание. Основным преимуществом данного метода по сравнению с существующими подходами, такими как только обычное захватывание, является возможность одновременного позиционирования нескольких рефракционных объектов в трех измерениях и быстрого проведения измерений при манипулировании объектами. Как правило, специалисты, впервые использующие данный метод, могут столкнуться с трудностями, так как проектирование, компоновка и юстировка системы могут оказаться сложными задачами.

В начале данного видео представлена оптическая скамья с установленным микроскопом для создания оптической ловушки на длине волны 980 нанометров. В качестве источника используйте один из доступных лазерных диодов с соответствующей длиной волны. Используйте лазер с регулировкой наклона и поворота (pig tilt), поляризацией и одномодовым волокном с известным диаметром поля моды.

Волокно должно быть достаточной длины, чтобы выполнять функцию модового фильтра, и должно быть оснащено волоконным канальным разъемом типа FCPC или F-C-A-P-C. С одномодовым оптическим волокном следует обращаться осторожно, избегая перекручивания. Закрепите лазерный диод и монтажную оправу, которая обеспечивает контроль мощности и температуры.

Крепление следует закрепить непосредственно на оптической скамье для максимального пассивного отвода тепла. Затем установите разъем волокна в коллимационную оптику луча. Убедитесь, что выбранный порт волокна соответствует диаметру поля моды диода.

Прикрепите коллимирующий адаптер с пигтейлом к оптическому столу на достаточном расстоянии от микроскопа, чтобы обеспечить возможность маршрутизации пучка и размещения других компонентов. Для обеспечения стабильного и воспроизводимого позиционирования можно использовать цветные стержни для фиксации расстояния между линзами. Отрегулируйте порт волокна, чтобы обеспечить постоянную перетяжку пучка на расстояниях, сопоставимых с общим путем луча до микроскопа.

На пути луча DDE-лазера расположены пять зеркал. Начиная от самого DDE-лазера, используются два зеркала для направления выходного луча в корпус микроскопа. Луч также должен пройти через дихроичное зеркало, которое обеспечивает беспрепятственное пропускание луча лазерного диода под углом 45 градусов к углу падения.

Наконец, используются два дополнительных короткопропускающих дихроичных зеркала, которые пропускают видимый свет, но отражают ближний инфракрасный диапазон и выше. Направьте луч в микроскоп и обратно. Бесконечное пространство один находится внутри корпуса микроскопа для регулировки зеркал; снимите объектив микроскопа.

Используйте зеркала и инфракрасную просмотровую карту, чтобы направить луч через апертуру в платформе крепления объектива. Если луч смещен относительно центра, отрегулируйте зеркала для исправления юстировки таким образом, чтобы луч находился по центру. При установке линз использование системы кейджа позволяет создать жесткую сборку.

Штангенциркуль можно использовать для предварительного измерения расстояний между линзами вдоль стержней корзины перед их установкой. Временно установите красный лазерный указатель с помощью специального адаптера вместо объектива так, чтобы его луч совпадал с оптической осью микроскопа. Используя видимый луч лазерного указателя, установите и выполните грубую юстировку расширителя пучка 980 нанометров.

В данной схеме используются линзы с фокусным расстоянием 60 мм и 125 мм, расположенные по схеме Кири (keary arrangement) для приблизительного удвоения перетяжки пучка. Далее установите управляющие линзы для излучения с длиной волны 980 нм, используя в качестве ориентира направляющий пучок. Каждая линза установлена в оправу с фокусным расстоянием 60 мм; при этом первая линза на пути пучка размещена на прецизионном столике с перемещением по осям X, Y, Z с диапазоном хода не менее 0,5 дюйма для обеспечения возможности управления пучком.

Теперь вторую линзу можно расположить таким образом, чтобы создать систему Кэри с увеличением один к одному относительно первой линзы. Эта линза должна быть установлена так, чтобы быть оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью объектива. Для подготовки голографической ловушки установите лазер с длиной волны 1064 nanometer на приподнятую платформу примерно на той же высоте, что и пучок с длиной волны 980 nanometer.

Разместите полуволновую пластинку и поляризатор сразу после выхода лазера для возможности ручной регулировки мощности лазерного излучения. Установите расширитель пучка для данного лазера таким образом, чтобы перетяжка пучка была расширена до размера диагонали голографического зеркала.

При ограниченном пространстве используйте линзы с малым фокусным расстоянием, 16 мм и 175 мм. Теперь с помощью луча лазерной указки установите пространственный модулятор света или SLM, который входит в состав используемого коммерческого голографического комплекта. В данном эксперименте пространственный модулятор света должен быть расположен таким образом, чтобы быть оптически сопряженным с задней фокальной плоскостью объектива.

Расположите его таким образом, чтобы лазерная указка имела минимально возможный угол падения, но при этом ее отраженный луч безопасно проходил мимо всего оборудования на оптическом столе. Поместите еще одно зеркало перед расширителем пучка лазера с длиной волны 1064 нанометр, чтобы направить свет на пространственный modulator света. Убедитесь, что луч лазерной указки попадает в центр апертуры расширителя пучка.

Наконец, установите пару линз телескопа между пространственным модулятором света и дихроичным зеркалом. Эти линзы имеют фокусные расстояния 125 мм и 200 мм. Извлеките лазерную указку, оставив специальный адаптер крепления в качестве апертуры для грубой юстировки.

Начните проверку юстировки, используя только луч с длиной волны 980 nanometer. С помощью инфракрасного экрана совместите луч 980 nanometer так, чтобы он проходил по центральной оси апертуры в специальном адаптере. Затем с помощью инфракрасного экрана убедитесь, что луч 1064 nanometer попадает в те же точки, что и луч 980 nanometer на их общем пути следования.

После этого замените специальный адаптер для крепления лазерного указателя на объектив с большой числовой апертурой для работы с иммерсионным маслом или водой. Затем настройте ловушку 980 нанометров, перемещая лазерный луч до тех пор, пока при выключенном голографическом зеркале на камере не появится радиально-симметричная интерференционная картина. Настройте ловушку 1064 нанометров, используя пространственный модулятор света и первое дихроичное зеркало для перемещения НЕДИФРАГИРОВАННОГО луча 1064 нанометров.

В данном примере выровненное изображение для обеих ловушек указывает на хорошее совмещение, достаточное для эффективного захвата, однако его можно дополнительно оптимизировать. Также наблюдаются незначительные aberрации, связанные с тем, что круглый пучок 1064 нм попадает на квадратное зеркало SLM, что невозможно легко устранить путем уточнения юстировки линз. Чтобы заблокировать ловушку, создаваемую неиспользуемым пучком пространственного модулятора света, поместите небольшой непрозрачный объект на пути этого пучка в точке, сопряженной с плоскостью образца для данной системы.

Непрозрачная металлическая микросфера диаметром от 100 до 300 микрон приклеивается к круглому стеклянному предметному стеклу или окну, прозрачному в инфракрасном диапазоне. Этот блок помещается в общий фокус линз, который оптически сопряжен с плоскостью образца. Если лучи оптической ловушки вводятся в бесконечное пространство микроскопа, блокиратор луча можно расположить так, чтобы он перекрывал неиспользуемый свет, или переместить его, чтобы обеспечить прохождение всего светового потока.

Собранная установка позволяет оператору захватывать несколько преломляющих объектов в режиме реальногого времени и перемещать их по всем трем измерениям в поле зрения. Здесь голографические возможности прибора демонстрируются на примере захвата микросфер, суспендированных в деионизированной воде; красные и зеленые круги обозначают положения ловушек, при этом зеленый цвет указывает на ловушку, выбранную для перемещения в данном клипе. После захвата объекта скорость воспроизведения увеличена. Положение его ловушки изменяется вручную.

В конечном варианте расположения 11 бусин образуют логотип Университета Юты, где проводился данный эксперимент. Система также позволяет использовать голографические и обычные ловушки одновременно. Здесь оператор задает и контролирует два ряда голографических ловушек.

Между двумя рядами определяется дополнительная стандартная ловушка. Микросферы, взвешенные в деионизированной воде, удерживаются ловушками. Центральная частица смещается на максимальное пространственное расстояние 4.1 micrometers, после чего возвращается в исходное положение при тех же условиях.

Однако при перемещении центральной микросферы со скоростью 82 micrometers per second получается следующая последовательность кадров. Обратите внимание на размытие при движении на втором и третьем изображениях. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как спроектировать и юстировать систему двойного оптического захвата с независимым голографическим и обычным ловушками в одной установке.

Не забывайте, что работа с мощными лазерами может быть крайне опасной, поэтому соблюдайте меры предосторожности, например, используйте соответствующие защитные очки.