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Engineering

पारंपरिक और होलोग्राफिक ऑप्टिकल फँसाने क्षमताओं के साथ एक उच्च संकल्प माइक्रोस्कोप का निर्माण

Published: April 22, 2013 doi: 10.3791/50481
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Physics and Astronomy, University of Utah

Summary

यहाँ बताया प्रणाली कई जाल बनाने और छेड़खानी करने में सक्षम एक पारंपरिक ऑप्टिकल जाल के साथ ही एक स्वतंत्र स्वलिखित ऑप्टिकल फँसाने लाइन, कार्यरत हैं. भी जैविक एंजाइमों की गतिविधि का एक साथ उच्च गति, उच्च संकल्प माप की अनुमति है, जबकि इस अपवर्तक कणों की जटिल ज्यामितीय व्यवस्था के निर्माण के लिए अनुमति देता है.

Abstract

ऑप्टिकल जाल के साथ उच्च संकल्प माइक्रोस्कोप सिस्टम ऐसे ढांकता मोती 1 या सेलुलर organelles 2,3, साथ ही जाल के केंद्र के सापेक्ष अपनी स्थिति की उच्च स्थानिक और अस्थायी समाधान readout के लिए, के रूप में विभिन्न अपवर्तक वस्तुओं की सटीक हेरफेर के लिए अनुमति देते हैं. प्रणाली के साथ साथ 980 एनएम पर एक तरह के "पारंपरिक" जाल ऑपरेटिंग है वर्णित है. इसके अतिरिक्त यह एक साथ 1,064 एनएम की तरंग दैर्ध्य में 4,5 खुर्दबीन के मद्देनजर क्षेत्र में जटिल फँसाने पैटर्न बनाने और हेरफेर करने के लिए एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्वलिखित पैकेज का उपयोग करता है कि एक दूसरे ऑप्टिकल फँसाने प्रणाली प्रदान करता है. एक साथ उच्च गति और गति और नैनोमीटर और piconewton पैमाने पर बल उत्पादन की उच्च संकल्प माप का आयोजन करते हुए दो प्रणालियों के संयोजन में एक ही समय में कई अपवर्तक वस्तुओं के हेरफेर के लिए अनुमति देता है.

Introduction

ऑप्टिकल फँसाने बायोफिज़िक्स 6 में महत्वपूर्ण तकनीकों में से एक है. ऑप्टिकल फँसाने में एक महत्वपूर्ण उन्नति बल्कि पारंपरिक बिंदु जाल 7 से तीन आयामी फँसाने पैटर्न के निर्माण के लिए अनुमति देते हैं जो स्वलिखित जाल का विकास किया गया है. इस तरह के होलोग्राफिक जाल अपवर्तक वस्तुओं की स्थिति में बहुमुखी प्रतिभा के लाभ के अधिकारी. हालांकि पारंपरिक जाल आसानी से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्वलिखित किट से अधिक सममित होने के लिए गठबंधन किया जा सकता है. उन्होंने यह भी फंस वस्तुओं की तेजी से सटीक ट्रैकिंग के लिए अनुमति देते हैं. यहाँ हम एक साधन में दो फँसाने दृष्टिकोण को जोड़ती है और उपयोगकर्ता के रूप में उपयुक्त दोनों के लाभों का फायदा उठाने के लिए अनुमति देता है एक प्रणाली (चित्रा 1) का वर्णन.

निर्माण ऑप्टिकल जाल (एकल या एकाधिक लेजर बीम के आधार पर) के सामान्य कारणों से कहीं 8-10 विस्तार से चर्चा कर रहे हैं. यहाँ, हम हमारे एस के लिए विचार विशिष्ट रूपरेखाetup और हमारे संरेखण प्रक्रिया का विस्तार प्रदान करते हैं. उदाहरण के लिए, दो ऑप्टिकल फँसाने के साथ मुस्कराते हुए सिस्टम को आम तौर पर एक अपवर्तक वस्तु फँसाने और फंस वस्तु की स्थिति का decoupled readout के लिए (जानबूझकर कम बिजली बीम) अन्य का उपयोग करने के लिए एक लेजर बीम का उपयोग कर, (उदाहरण के लिए रेफरी. 11) से पहले वर्णित किया गया है . यहाँ हालांकि, दोनों लेजर बीम दोनों को फँसाने के लिए इस्तेमाल हो रहे हैं क्योंकि (300 मेगावाट या अधिक) संचालित उच्च होने की जरूरत है. जैविक प्रणालियों की माप के लिए, फँसाने के लिए इस्तेमाल किया लेज़रों बेहतर प्रकाश प्रेरित प्रोटीन गिरावट 1 कम करने के लिए तरंग दैर्ध्य के एक विशिष्ट NIR से खिड़की के भीतर गिर चाहिए. यहाँ हम 980 एनएम डायोड और क्योंकि उनके कम लागत, उच्च उपलब्धता और ऑपरेशन के आसानी से 1,064 एनएम DPSS लेज़रों उपयोग करने के लिए चुना है.

हम भी 4,5 वास्तविक समय में एक साथ कई जाल बनाने और हेरफेर करने के लिए एक स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (SLM) का उपयोग करने के लिए चुना है. इन उपकरणों को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैंलेकिन एक पूरा सेटअप में उनके एकीकरण अद्वितीय चुनौतियों प्रस्तुत करता है. यहाँ हम इन संभावित कठिनाइयों के पते और एक अत्यंत बहुमुखी उपकरण प्रदान करता है जो एक व्यावहारिक दृष्टिकोण का वर्णन है. हम संशोधित डिजाइन के लिए एक गाइड के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है जो वर्णित विशिष्ट स्थापना के लिए एक स्पष्ट उदाहरण प्रदान करते हैं.

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Protocol

1. 980 एनएम वेवलेंथ एकल ऑप्टिकल जाल की स्थापना

  1. बायोफिज़िक्स प्रयोगों और सस्ती लेजर डायोड 300 मेगावाट के रूप में उच्च के रूप में बिजली उत्पादन के साथ आसानी से उपलब्ध हैं के लिए 980 एनएम तरंगदैर्ध्य पर ऑप्टिकल फँसाने अक्सर इष्टतम है. यह एक ज्ञात मोड क्षेत्र व्यास के साथ एकल मोड फाइबर ध्रुवीकरण के संरक्षण के साथ गोरा होने के लिए एक डायोड लेजर के लिए बेहतर है. फाइबर एक मोड फिल्टर के रूप में कार्य करने के लिए पर्याप्त रूप से लंबे समय तक होने की जरूरत है और आम तौर पर एक एफसी / पीसी या एफसी / एपीसी कनेक्टर किसी के साथ समाप्त होता है. इनमें से, एफसी / एपीसी प्रकाश और संभावित प्रतिक्रिया अस्थायित्व की प्रतिबिंब वापस कम करने के लिए बेहतर है.
  2. सत्ता और तापमान नियंत्रण के लिए अनुमति देता है एक माउंट में 980 एनएम लेजर डायोड सुरक्षित. यह सीधे निष्क्रिय गर्मी डूब अधिकतम करने के लिए और इस तरह तापमान नियंत्रक की खराबी के कारण डायोड विफलता के खतरे को कम से कम एक ऑप्टिकल तालिका में माउंट तय करने के लिए सबसे अच्छा है.
  3. किरण collimating प्रकाशिकी के लिए पीसी / एपीसी फाइबर संबंधक माउंट. यह हैसमायोज्य फाइबर बंदरगाहों सबसे उपयोगी होते हैं तो collimated बीम न्यूनतम विचलन है कि आश्वस्त करने के लिए महत्वपूर्ण है. चुना फाइबर बंदरगाह डायोड बेनी फाइबर के मोड क्षेत्र व्यास से मेल खाता है या नहीं. किरण acousto ऑप्टिक deflectors (एओडी) या इलेक्ट्रो ऑप्टिक deflectors का उपयोग कर rastered जा रहा है (ईओडी) तो collimated लेजर बीम कमर भी झुकानेवाला एपर्चर के आकार की तुलना में थोड़ा कम होना चाहिए.
  4. किरण मार्ग, विस्तार, और अन्य वांछित घटकों के स्थान के लिए अनुमति देने के लिए माइक्रोस्कोप से पर्याप्त दूरी पर ऑप्टिकल तालिका में collimating एडाप्टर सुरक्षित. माइक्रोस्कोप के लिए समग्र किरण पथ के लिए तुलनीय दूरी पर सुसंगत बीम कमर सुनिश्चित करने के लिए फाइबर पोर्ट समायोजित करें.
  5. चित्रा 1 में संकेत दिया दर्पण को स्थापित करें. माइक्रोस्कोप से उद्देश्य निकालें और उद्देश्य बढ़ते चरण में एपर्चर के माध्यम से मार्ग बीम के लिए दर्पण का उपयोग करें. अगर पसंद है, dichroic दर्पण DM1 और DM3 की नियुक्ति तक छोड़ा जा सकता हैबाद में. DM2 और DM3 shortpass दोनों कर रहे हैं और भारतीय रेलवे के पास है और इसके बाद के संस्करण को दर्शाती है, जबकि दृश्य प्रकाश संचारित.
  6. यह अस्थायी रूप से खुर्दबीन के ऑप्टिकल अक्ष पर गठबंधन उद्देश्य के स्थान पर एक लाल लेजर सूचक, माउंट करने के लिए उपयोगी है. एक कस्टम यांत्रिक अनुकूलक लेजर सूचक की centration आश्वस्त करने के लिए आवश्यक है. लेजर सूचक से दृष्टिगोचर किरण तो फाइबर बंदरगाह के एपर्चर के केंद्र में वापस कराई जा सकती है और फिर लेंस (देखें नीचे) स्थापित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
  7. आवश्यक 1 के रूप में स्टीयरिंग घटकों के भविष्य प्रविष्टि (एओडी या ईओडी) की अनुमति देने के लिए फाइबर बंदरगाह से एक उचित दूरी पर 980 एनएम किरण विस्तारक (L8 और L9) स्थापित करें. विस्तार किरण थोड़ा उद्देश्य के पीछे फोकल एपर्चर परिपूर्ण होना चाहिए. (यहाँ, 125 मिमी और 60 मिमी की फोकल लंबाई के साथ लेंस लगभग बीम कमर डबल करने के लिए एक Keplerian व्यवस्था में कर रहे हैं). उचित लेंस नियुक्ति और किसी न किसी संरेखण सुनिश्चित करने के लिए दिखाई लेजर सूचक किरण (अनुभाग 1.6 देखें) का प्रयोग करें.
  8. जमानामैं एक दूरबीन व्यवस्था में 980 एनएम स्टीयरिंग लेंस (L2 और L3) (दोनों यहाँ 60 मिमी फोकल लम्बाई है) 1 संकेत के रूप में. L3 उद्देश्य के पीछे के फोकल हवाई जहाज़ के लिए एक विमान साधना में मुहिम शुरू की है. एक सटीक एक्सवाईज़ेड पोजीशनिंग मंच पर माउंट L3 बीम स्टीयरिंग के लिए अनुमति देने के लिए. यह repeatable स्थिति और जाल के repositioning के लिए अनुमति देता है, इसके माइक्रोमीटर के लिए डिजिटल संकेतक है की xyz के चरण के लिए उपयोगी है. पर्यटन की 0.5 "सीमा आमतौर पर पर्याप्त है, ऑप्टिकल अक्ष के साथ L3 स्थिति के लिए हालांकि अब पर्यटन सहायक हो सकता है. उचित लेंस नियुक्ति और किसी न किसी संरेखण सुनिश्चित करने के लिए (1.6 खंड देखें) दिखाई लेजर सूचक बीम का उपयोग करें.

2. लेजर डिटेक्टर की स्थापना

  1. चित्र 1 में दिखाया के रूप में कंडेनसर ऊपर dichroic दर्पण DM3 स्थापित करें. एक कस्टम माउंट आम तौर पर आवश्यक है. कंडेनसर विधानसभा की ओर और सत्ता के लिए ट्रैक्टर फोटो डायोड (QPD) या एक स्थिति संवेदनशील डिटेक्टर (PSD) 8 सुरक्षित980 एनएम लेजर बीम DM3 से परिलक्षित होता है कि उरे मोटे तौर पर केंद्र पर यह मार रहा है. QPD का उपयोग कर, यह लेजर बीम पर सेंसर की एकत्रित सटीक के लिए अनुमति देने के लिए एक छोटा सा XY मंच पर मुहिम शुरू की है कि यह सुनिश्चित करें.
  2. DM3 और संवेदक के बीच एल 1 (आम तौर पर एक 30 मिमी लेंस) स्थापित करें. स्थिति एल 1 के रूप में इतनी संवेदक पर एक ही जगह पर बीम ध्यान दें.
  3. एल 1 माइक्रोस्कोप प्रकाशक और परिवेश प्रकाश व्यवस्था से 1,064 एनएम किरण के साथ ही किसी भी आवारा दृश्य प्रकाश प्रतिबिंब ब्लॉक करने के लिए बस से पहले पायदान फिल्टर स्थापित करें.

3. 1,064 एनएम वेवलेंथ होलोग्राफिक जाल की स्थापना

  1. सेटअप के होलोग्राफिक हिस्सा इस पैकेज में इस्तेमाल स्वलिखित दर्पण 5 या 10 डब्ल्यू / 2 सेमी की एक अधिकतम घटना सत्ता में मूल्यांकन कर रहे हैं एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हार्डवेयर / सॉफ्टवेयर पैकेज के आसपास बनाया गया है. इस शक्ति रेंज में एकल मोड TEM00 मुस्कराते हुए आसानी से 1,064 एनएम तरंगदैर्ध्य पर एक DPSS लेजर से प्राप्त किया जा सकता है.
  2. एक ऊंचा पर 1,064 एनएम लेजर माउंटमंच के लगभग 980 लाइन (खंड 1 देखें) के लिए किरण पथ की ऊंचाई मैच के लिए.
  3. सीधे चलाया हुआ नहीं है, लेजर बिजली मैन्युअल सही लेजर उत्पादन एपर्चर के बाद एक आधा लहर प्लेट (HWP) और एक polarizer (पीबीएस) की स्थापना के द्वारा समायोजित किया जा सकता है. यह बीम ध्रुवीकरण के लिए होलोग्राफिक दर्पण आवश्यकता मैच के लिए सक्षम होने के लिए एक रोटरी चरण में polarizer के माउंट करने के लिए उपयोगी है.
  4. 1,064 एनएम किरण विस्तारक (L6 के और एल 7) स्थापित करें. लेजर बीम कमर स्वलिखित दर्पण की विकर्ण आकार मिलान करने के लिए विस्तारित किया जाना चाहिए. बड़े विस्तार के अनुपात के लिए (10X ऊपर) यह विस्तारक का आकार छोटा रखने के लिए एक चिंता का विषय हो सकता है. (: 16 मिमी और 175 मिमी यहाँ) इस प्रकार यह असामान्य रूप से छोटे फोकल लम्बाई के साथ लेंस का उपयोग करने के लिए वांछनीय हो सकता है.
  5. उद्देश्य के माध्यम से 1,064 एनएम बीम निर्देशित करने के लिए संकेत के रूप में अन्य दर्पण स्थापित करें.
    1. यह undiminishe के लिए अनुमति देता है ताकि सुरक्षित DM1 एक विज्ञान सम्बन्धी माउंट में dichroic (घटना के 45 डिग्री कोण) और 980 एनएम किरण पथ में विधानसभा जगहकि किरण की घ प्रसारण.
    2. लेजर सूचक प्रकाश को सक्रिय करें. DM1 दर्पण ठीक से इस बीम के रास्ते में स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (SLM) की स्थिति के लिए दृश्य प्रकाश की पर्याप्त मात्रा को प्रतिबिंबित करना चाहिए. SLM के भी आने वाली और बाहर जाने वाले लेजर बीम के रूप में सामान्य घटना के रूप में संभव बंद कर रहे हैं कि इतने angled होने की जरूरत है. हालांकि घटना के कोण लेजर बीम लेंस mounts और अन्य ऑप्टिकल घटकों द्वारा काटा नहीं है यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रूप से बड़ा होना चाहिए. एक 5 डिग्री कोण आसानी से प्राप्त हो सकता है और पर्याप्त रूप से छोटा है चाहिए. अंत में DM1 से SLM के लिए दूरी सही लेंस L4 और L5 की प्रविष्टि (नीचे 3.6 देखें) SLM दर्पण विमान और उद्देश्य के पीछे के फोकल हवाई जहाज़ एकत्रित कर सकते हैं ताकि मापा जाना चाहिए.
    3. 1,064 एनएम किरण विस्तारक से SLM के लिए प्रत्यक्ष प्रकाश के लिए एक दर्पण स्थापित करें. लेजर सूचक प्रकाश केंद्र पर किरण विस्तारक एपर्चर हिट सुनिश्चित करें.
  6. L4 और L5 लेंस स्थापित करें (यहाँ: 12 के साथ लेंस5 मिमी और 200 मिमी क्रमशः). इस दूरबीन जोड़ी उद्देश्य के पीछे फोकल हवाई जहाज़ को SLM दर्पण विमान conjugates और भी केवल थोड़ा परिपूर्ण उद्देश्य के पीछे एपर्चर के लिए बीम कमर कम कर देता है. हम SLM दूर DM1 से अंतरिक्ष के लिए लंबे फोकल लंबाई के साथ लेंस चुना है. यह दूसरा लेजर लाइन के लिए कमरे को साफ करता है, लेकिन यह भी संरेखण आसान बनाने के लिए जाता ही नहीं.
  7. लेजर सूचक निकालें. मोटे संरेखण एपर्चर के रूप में सेवा करने के लिए बढ़ते एडाप्टर छोड़ दें.

4. प्रणाली की स्थापना और संरेखण नोट्स

  1. उद्देश्य के पीछे फोकल हवाई जहाज़ को ऑप्टिकली संयुग्मित होने के लिए के रूप में लेंस L3 और SLM तो तैनात किया जाना चाहिए. ऑप्टिकल फँसाने मुस्कराते माइक्रोस्कोप की अनंत अंतरिक्ष में इंजेक्ट कर रहे हैं L5 L4 और के आम केन्द्र बिन्दु नमूना विमान को ऑप्टिकली संयुग्मित है.
  2. गाना आईआर कार्ड दर्शक लेजर सूचक अनुकूलक में एपर्चर के केंद्र धुरी के साथ जाने के लिए 980 एनएम बीम संरेखित.
  3. आईआर कार्ड टी का प्रयोग करेंओ 1,064 एनएम बीम DM1, एल 2, और L3 पर और 1,064 एनएम बीम लेजर सूचक अनुकूलक में एपर्चर के केंद्र धुरी के साथ चला जाता है कि 980 एनएम किरण के रूप में एक ही जगह है कि हिट करता है.
  4. एक उद्देश्य के साथ लेजर सूचक बढ़ते एडाप्टर बदलें. उच्च संख्यात्मक एपर्चर तेल या पानी उद्देश्य खासियत है.
  5. एक त्रिज्यात सममित हस्तक्षेप पैटर्न कैमरे पर देखा जाता है जब तक कि लेजर बीम "घूमना" द्वारा 9 में वर्णित के रूप में 980 एनएम जाल संरेखित करें.
  6. होलोग्राफिक दर्पण के साथ बंद (यानी एक निष्क्रिय दर्पण के रूप में अभिनय) 1,064 एनएम जाल के लिए पंक्ति में undiffracted 1,064 एनएम बीम "चलना" SLM और DM1 का उपयोग करें.
  7. SLM के देखने के क्षेत्र में एक मजबूत unmovable लेजर जाल में जो परिणाम एक महत्वपूर्ण undiffracted किरण पैदा करता है. इस संरेखण के लिए उपयोगी है, लेकिन प्रयोगों के लिए अवांछनीय हो सकता है. इस जाल को ब्लॉक करने के लिए एक (नमूना विमान को स्थान साधना में undiffracted प्रकाश के मार्ग में एक छोटे से अपारदर्शी ऑब्जेक्ट सम्मिलित कर सकते हैं जैसे वेंL4 और L5) की ई आम केन्द्र बिन्दु. इस केंद्रीय स्थान अवरोधक का आकार केंद्रित प्रकाश (वर्णित व्यवस्था के लिए 100-300 माइक्रोन व्यास के साथ एक अवरोधक) के लिए हवादार डिस्क के व्यास से कुछ बड़ा होने की जरूरत है.
  8. SLM के उन्मुखीकरण मैच के लिए polarizer का उपयोग कर 1,064 एनएम बीम ध्रुवीकरण djust. वांछित के रूप में बीम का उत्पादन शक्ति को स्थापित करने के लिए आधे लहर प्लेट घुमाएँ.
  9. अगर वांछित, 980 एनएम लेजर लाइन में एओडी या ईओडी बीम स्टीयरिंग तत्वों को सम्मिलित करें. उद्देश्य के पीछे के फोकल हवाई जहाज़ को इन तत्वों का उचित संयोजन सुनिश्चित करने और जाल फिर से संरेखित. यह एक goniometric मंच पर स्टीयरिंग तत्वों माउंट करने के लिए उपयोगी है.

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Representative Results

इकट्ठे सेटअप ऑपरेटर वास्तविक समय में कई अपवर्तक वस्तुओं जाल और देखने के क्षेत्र के भीतर सभी तीन आयामों में उन्हें स्थिति की अनुमति देता है. हम 11 microspheres (चित्रा 2) फँसाने द्वारा साधन के होलोग्राफिक क्षमताओं को वर्णन. प्रत्येक वस्तु सीमित जाल मैन्युअल अंतिम व्यवस्था के इस प्रयोग का प्रदर्शन किया गया था जहां यूटा विश्वविद्यालय के लोगो को दर्शाया गया है ताकि फँसाने पर फिर से तैनात है. होलोग्राफिक और पारंपरिक जाल का एक संयुक्त समारोह 3 चित्र में दिखाया गया है. पारंपरिक जाल उत्तरोत्तर तेजी केंद्रीय मनका चलता है (1.3, 10 और 82 माइक्रोन / सेकंड के जाल गति दिखाया जाता है), holographically परिभाषित जाल स्थिर रहते हैं. उच्चतम गति से, मनका की पूरी गति वीडियो में से एक फ्रेम की रिकॉर्डिंग के दौरान होता है और इस तरह के रूप में चरम प्रस्ताव धुंधला दिखाई देता है. यह काफी तेजी से मोती ज द्वारा फँसाने क्षमता से मजबूर कर रहे हैं कि पारंपरिक जाल स्थानांतरित करने के लिए संभव हैydrodynamic खींचें () नहीं दिखाया.

देखने के क्षेत्र में microspheres की संख्या (चित्रा 2 में स्पष्ट है के रूप में) पूरी विधानसभा के लिए अपर्याप्त है जहां कई microspheres के उपयोग जटिल आकार की विधानसभा के एक मामले का कारण हो सकता है ध्यान दें. ऐसे मामलों में, ऑपरेटर शारीरिक रूप से पहले से ही फंस वस्तुओं बनाए रखते हुए अतिरिक्त microspheres के पर्दाफाश करने के लिए (यानी माइक्रोस्कोप में नमूना मंच reposition) नमूने के रिश्तेदार को देखने के क्षेत्र को स्थानांतरित करने की जरूरत है.

चित्रा 1
चित्रा 1. दो फँसाने के साथ मुस्कराते हुए उच्च संकल्प माइक्रोस्कोप प्रणाली के योजनाबद्ध. एल 1-L9 लेबल घटक बुनियादी लेंस हैं. DM1-DM3 लेबल घटक dichroic दर्पण हैं. लेंस L2 और L3 स्टीयरिंग के लिए उपयोग किया जाता है. लेंस L4 और एक BEA के रूप में L5 अधिनियममीटर reducer और स्पेसर. लेंस L6/L7 और L8/L9 उनके संबंधित लेजर बीम के लिए किरण विस्तारक जोड़े हैं. ठोस काले आयतों के रूप में दर्शाया unlabeled घटक बुनियादी दर्पण हैं. एम सी और एमओ लेबल घटक क्रमशः खुर्दबीन कंडेनसर और वस्तु हैं. अन्य घटकों को एक ट्रैक्टर फोटो डायोड (QPD), पायदान फिल्टर (एनएफ), पेल्टियर तापमान नियंत्रक मंच (पीटीसी), गर्म फिल्टर (एचएफ), स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (SLM), acousto ऑप्टिक झुकानेवाला (एओडी), बंद (S1 और हैं S2), आधे लहर प्लेट (HWP) और बीम फाड़नेवाला (पीबीएस) ध्रुवीकरण.

चित्रा 2
चित्रा 2. यूटा लोगो के एक विश्वविद्यालय का प्रतिनिधित्व करने वाले एक स्थानिक व्यवस्था 11 ऑपरेटर परिभाषित और नियंत्रित स्वलिखित जाल का उपयोग किया जाता है. फंस वस्तुओं अपवर्तक मोती (अधिक detai के लिए सामग्री की तालिका देखें हैंरास) de-ionized पानी में निलंबित कर दिया. लाल और हरी हलकों जाल पदों पर दिखा. फ्रेम्स (क) - (च) के लोगो के निर्माण में लगातार चरणों का प्रतिनिधित्व करते हैं.

चित्रा 3
चित्रा 3. जाल की दो पंक्तियों 6 ऑपरेटर परिभाषित और नियंत्रित स्वलिखित जाल का उपयोग किया जाता है. एक अतिरिक्त पारंपरिक जाल दो पंक्तियों और अपनी स्थिति के बीच में परिभाषित किया गया है संकेत के रूप में विभिन्न गति पर निकाला जाता है. मनका एक अधिक से अधिक स्थानिक 4.1 माइक्रोन के विस्थापन और फिर वापस मूल स्थान पर ले जाया जाता है. मनका गति का एक वीडियो 47 एफपीएस पर दर्ज की गई है. जाल repositioning के गति में वृद्धि हुई है, के रूप में उत्तरोत्तर बड़ा धब्बा गति वीडियो में मनाया जाता है. फंस वस्तुओं de-ionized पानी में निलंबित अपवर्तक मोती (अधिक जानकारी के लिए सामग्री की तालिका देखें) कर रहे हैं. फादरame समय लाल रंग में दिखाया गया है. जाल repositioning के गति प्रत्येक पंक्ति के लिए दिखाया गया है. ग्रीन पैमाने सलाखों प्रत्येक दिशा में 5 माइक्रोन के अनुरूप हैं.

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Discussion

हम वस्तु हेरफेर और माप के लिए अलग फँसाने की सुविधा प्रदान करने के लिए विभिन्न प्रकार के दो ऑप्टिकल जाल (चित्रा 1) को जोड़ती है जो एक उपकरण का निर्माण किया है. "पारंपरिक" ऑप्टिकल जाल एक 980 एनएम डायोड लेजर के आसपास बनाया गया है. यह बीम, विस्तार चलाया और फिर (चित्र 1 में "प्रकाश लाल" बीम) हमारे उलटा माइक्रोस्कोप में इंजेक्ट किया जाता है. होलोग्राफिक ऑप्टिकल जाल एक 1,064 एनएम DPSS लेजर के आसपास बनाया गया है. किरण, स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (SLM) के आकार फिट करने के लिए विस्तार एक dichroic का उपयोग कर थोड़ा "पारंपरिक" फँसाने लाइन के साथ संयुक्त उद्देश्य के पीछे फोकल एपर्चर, परिपूर्ण करने की घटनाओं में कमी की कम कोण पर SLM, बंद परिलक्षित होता है दर्पण, और अंत में हमारे माइक्रोस्कोप में इंजेक्शन (चित्रा 1 में "गहरे लाल" बीम). SLM ऑप्टिकली उद्देश्य के पीछे फोकल हवाई जहाज़ को एकत्रित किया जाता है जो एक विमान में रखा जाना चाहिए कि ध्यान दें.

आद्य मेंकर्नल अनुभाग, हम हमारे सेटअप के स्थानिक पदचिह्न को कम करने और अभी भी अपेक्षाकृत आसान निर्माण सक्षम करने की अनुमति है, जो डिजाइन और संरेखण विचारों का वर्णन है. हम यह भी वर्णन यहां इस्तेमाल प्रणाली की तरह एक व्यावसायिक पैकेज के लिए आवश्यक हो सकता है लेकिन कुछ हद तक चुनौती दे रहा है और खराब दस्तावेज तारीख करने के लिए कर सकते हैं जो SLM के द्वारा उत्पादित undiffracted घटक, के अवरुद्ध.

यहाँ वर्णित डिजाइन अत्यधिक प्रचलित है. हम ऑप्टिकल जाल और कैसे एक हमारे डिजाइन में उन एकीकृत होगा के लिए कई लोकप्रिय उच्च स्तर अनुकूलन का उल्लेख संक्षिप्त शामिल किया है. उदाहरण के लिए, एक जाल acousto ऑप्टिक deflectors (एओडी), इलेक्ट्रो ऑप्टिक deflectors (ईओडी) 12, जंगम या विरूप्य रिफ्लेक्टर या बस स्टीयरिंग लेंस (हमारे सेटअप में एल 3) 1 rastering सहित कई मायनों में चलाया जा सकता है. इसी तरह, एक फंस वस्तु की स्थिति कई योजनाओं और सेंसर का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है. ऐसे मामलों में, विशिष्ट स्थान और संरेखितप्रासंगिक घटकों के बयान संक्षेप में वर्णन किया गया है. हम इस काम को भविष्य में और अधिक जटिल डिजाइन के लिए एक टेम्पलेट प्रदान कर सकता है उम्मीद है.

कई व्यावहारिक दृष्टिकोण और उपयोग सीमाओं नोट की हैं. सबसे पहले, ऑप्टिकल जाल भी एक दूसरे के करीब इतना ही जाल केंद्र के पास उनके आकर्षक क्षमता के साथ हस्तक्षेप नहीं तैनात नहीं किया जाना चाहिए. दो जाल के करीब स्थिति की जरूरत है, तो यह जाल की आकर्षक संभावित पूरे रेखा के साथ फैली हुई है ताकि दो अंक जोड़ने एक पंक्ति जाल परिभाषित करने के लिए संभव है. एक और व्यावहारिक मुद्दे फंस वस्तुओं अन्यथा खींचें जाल की वस्तुओं बाहर धक्का कर सकते हैं कि वे (सटीक सीमा जाल ताकत पर निर्भर करता है) अत्यधिक हाइड्रोडायनामिक खींचें अनुभव है कि इतनी तेजी से स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

अनुदान के यूटा विश्वविद्यालय द्वारा प्रदान की गई थी. हम उपयोगी विचार विमर्श के लिए डॉ. जे जू (यूसी Merced) और डॉ. BJN रेड्डी (यूसी इरविन) को धन्यवाद देना चाहूंगा.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical table Newport corporation ST-UT2-56-8 Irvine, CA
Microscope, Inverted, Eclipse Ti Nikon USA MEA53220 Melville, NY
Plan apo 100X oil objective (1.4 NA) Nikon USA MRD01901 Melville, NY
Oil condenser Lens 1.4 NA Nikon USA MEL41410 Melville, NY
EMCCD camera Andor technology USA Ixon DU897 South Windsor, CT
1/3" CCD IEEE1394 camera NET USA Inc Foculus FO124SC Highland IN
Laser, TEM00, SLM, 1,064 nm wavelength Klastech Laser Technologies Senza-1064-1000 Dortmund; Germany
laser diode, TEM00, SLM, 980 nm Axcel Photonics BF-979-0300-P5A Marlborough, MA
laser diode mount ILX Lightwave LDX-3545, LDT-5525, and LDM-4984 Bozeman, MT
adjustable fiber ports Thorlabs PAF-X-11-B Newton, NJ
holographic system Arryx HOTKIT-ADV-1064 Chicago, IL
holographic mirror Boulder Non-linear Systems this is a part of HOTKIT-ADV-1064 Lafayette, CO
Calcite polarizer Thorlabs GL10-B Newton, NJ
half-wave plate Thorlabs WPH05M-1064 Newton, NJ
Polarizer rotation mount Thorlabs PRM1 Newton, NJ
half-wave plate rotation mount Thorlabs RSP1 Newton, NJ
Shutter Thorlabs SH05 Newton, NJ
dichroic mirrors (DM2 & DM3); 45 ° AOI Chroma Technology t750spxrxt Bellows Falls, VT
dichroic mirror (DM1); 45 ° AOI Thorlabs DMSP1000R Newton, NJ
custom mechanical adapter Thorlabs SM1A11 and AD12F with enlarged inner bore Newton, NJ
notch filter Semrock FF01-850/310-25 Rochester, NY
Acousto-Optic deflector (2-axis) intraAction DTD-584CA28 Bellwood, IL
goniometric stage New Focus 9081 Santa Clara, CA
60 mm steering lenses Thorlabs LA1134-B Newton, NJ
16 mm aspherical expander lens Thorlabs AC080-016-C Newton, NJ
175 mm expander lens Thorlabs LA1229-C Newton, NJ
Spot blocker (cabron-steel sphere) Bal-Tec 0.0100" diameter Los Angeles, CA
Microspheres (Carboxyl-polystyrene) Spherotech CP-45-10 Lake Forest, IL

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Butterfield, J., Hong, W., Mershon,… More

Butterfield, J., Hong, W., Mershon, L., Vershinin, M. Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities. J. Vis. Exp. (74), e50481, doi:10.3791/50481 (2013).

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