Holographic prensip Ouverture ak aplikasyon BECA

Entwodiksyon: Ouverture konplèks ki te fòme pa teknoloji olografik gen valè aplikasyon enpòtan nan okazyon diferan tankou kaptire ak manipile matyè mikwoskopik oswa atòm, paske li pi adaptab pase aperti abityèl yo ki sèlman kontwole anplitid la nan jaden an optik. Pou egzanp, yon dyafram olografik ki te kreye ak yon plak faz espesyal ka transmèt, sòt, oswa kontwole agrégation a nan patikil ti.

Yon nouvo jenerasyon piki optik - olografik Ouverture

Optique Pensèt teknoloji jwe yon wòl trè enpòtan nan byoloji molekilè, syans koloid, fizik atom eksperimantal ak lòt jaden. Pensèt yo optik tèt yo te tou te kontinyèlman devlope ak pensèt divèrsan anpil yo te pwodwi. Apwòch la olografik ki te fòme pa Modulator nan limyè spatial (SLM) gen avantaj nan manipilasyon milti-patikil, ki te louvri yon nouvo faz pou aplikasyon an pratik nan pentan optik ak gwo-echèl pwodiksyon endistriyèl. Li se kounye a yon manm trè dinamik nan fanmi an Kwangmai. Papye sa a yon ti tan entwodui prensip la ak aplikasyon nan Ouverture olografik, ak sèlman komèsyal ki disponib olografik la Ouverture sistèm sou mache a. Li se sistèm Couture a olografik Cube nan Ameriken Meadowlark (BNS).

entwodiksyon

Pensèt optik, ke yo rele tou pyèj patikil sèl-gwo bout bwa, yo te envante nan 1986 pa A. Ashkin sou baz eksperyans lan nan entèaksyon limyè-patikil depi 1969. Pèlen an patikil sèl-gwo bout bwa se esansyèlman yon piki optik fòs radyasyon pèlen, epi li se yon potansyèl byen ki fòme pa entèraksyon an nan fòs la epapiye ak fòs la gradyèl presyon radial ki kapab Mesaj tout Mie la ak Rayleigh patikil seri epapiye. Li se ki te fòme pa yon trè konvèje sèl lazè gwo bout bwa, sa ki ka elastically kaptire òganis oswa macromolcules lòt (voye boul), òganèl, elatriye soti nan plizyè nm plizyè dè dizèn de μm, ak pran materyèl la san sibstansyèlman afekte anviwònman an ki antoure. Sub-kontak, operasyon ki pa destriktif ap viv la.

Depi envansyon li yo nan 1986, Guanghan te jwe yon wòl trè enpòtan nan rechèch la eksperimantal nan refwadisman lazè, chimi koloidal, ak molekilè byoloji ak avantaj li yo nan domaj ki pa kontak ak ba. Avèk ekspansyon kontinyèl nan jaden an nan aplikasyon pikèt optik, yo nan lòd yo satisfè bezwen plis rechèch, pentire teknoloji tèt li se toujou ap amelyore an tèm de an tan reyèl ak kontwole konplèks pyèj optik. Koulye a, chèchè yo ka amelyore presizyon nan mezi deplasman sou echèl tan an nan segonn pa toujou amelyore metòd la eksperimantal ak kontwole mouvman an Brownian nan echantiyon an. An menm tan an, patikil tankou ti jan 25 nm ka kaptire ak obsève, epi yo dwe pran pi piti nanopartikul. Nan deseni ki sot pase yo kèk, devlopman nan Pensèt optik te fè li posib pou moun yo konprann nan plis detay mekanis yo molekilè nan mouvman nan sistèm konplèks byolojik. Nan fòm ekspresyon, aparèy Ouverture a piti piti evolye anpil kalite pyèj potansyèl optik soti nan orijinal la yon sèl gwo bout bwa fòs gradyèl optik pèlen. Tankou doub limyè, twa limyè, kat limyè, optik limyè, femtosecond limyè ak sou sa. Seri sa a nan teknoloji derivatisasyon optik pa te sèlman rich fanmi an nan fanmi limyè, men tou, bay yon zouti trè lespri envantif pou mikwo-nanoskal rechèch nan jaden diferan tankou syans byolojik, tankou mezi a nan pwosesis la rale nan ADN double-bloke etid la nan motè molekilè. Mekanis mouvman, separasyon nan kwomozòm diri, elatriye Multi-optik pèlen kontwòl teknoloji te vin de pli zan pli enpòtan nan anpil etid eksperimantal. Pensèt optik nan devlopman kontinyèl yon senp, yon sèl-gwo bouton fòs gradyèl optik pèlen pou kontwole plizyè miray ak pozisyon pyèj, Pensèt olografik kòm yon metòd pou génération pyèj milti-optik oswa roman pake potansyèl optik kanpe deyò. Li pa ka sèlman konstitye pyèj limyè nan fonksyon divès kalite, men tou, reyalize twa dimansyon etalaj optik pèlen, epi li te mennen nan yon seri de rechèch ak devlopman. Grir syantis prevwa ke Ouverture a olografik ap mennen nan yon revolisyon teknolojik nan manipilasyon optik.

Prensip la nan Ouverture olografik

Eleman nan olografik se yon eleman kle ki fòme dyafram nan olografik. Li se yon modèl entèferans ki te fòme pa fim nan anrejistreman fim limyè ak limyè a referans. Lè yo jaden an objè repwodwi, se sèlman limyè referans orijinal la irradiés sou eleman nan olografik jwenn objè a rekonstwi. Limyè jaden. Yon Ouverture olografik se yon dyafram ki fòme lè l sèvi avèk yon eleman holographic pou konstwi yon jaden limyè ak yon fonksyon espesifik. Akòz nati a diferan nan jaden an limyè ki te fòme, Apertures olografik pral reyalize fonksyon diferan, tankou wotasyon nan patikil sèl, manipilasyon ak klasman nan patikil miltip, ak renmen an. Premye aperti olografik yo te aplike pa Eric R. Dufresne nan inivèsite Chicago nan lane 1998. Yo te itilize yon eleman optik difficile (DOE) pou divize yon gwo bout bwa lazè nan plizyè travès endepandan, ki te konsantre pa yon lantiy fò konvèje pou fòme yon miltip Ouverture. Kle nan bati yon Ouverture olografik se chwazi eleman ki apwopriye a olografik ki baze sou bezwen aktyèl. Metòd tradisyonèl la nan génération ologram se itilize nan interferometry limyè aderan. Dezavantaj a se ke ologram yo yo pran yo ba nan efikasite diffraction, tan konsome ak mal versatile. Se poutèt sa, yo pa lajman itilize nan ouverture olografik. Koulye a, holograms olografik yo sitou ki te fòme pa modulateur limyè espasyal (SLMs). Komen Modulateur komen espasyal yo enkli likid kristal limyè modilè limyè espasyal, modèl mayetik-optik espasyal limyè, dijital mikrokirror dijital (DMD), miltip dimansyon byen wo modulateur limyè, ak modulateur acousto-optik. Li posib tou pou itilize lithografi UV pou fè espesifik eleman optik difficile pou modile jaden limyè. Pifò nan sa ki te itilize kounye a se yon modilatwar likid òdinatè ki gen kapasite pou aplike yon eleman olografik, ak pèlen an ki te fòme kapab dynamique chanje pa chanje eleman nan olografik.

Anvan avansman òdinatè yo, ologram laser yo te bezwen pou fòme ologram nan fòm limite. Avèk èd nan òdinatè, ologram nan nenpòt fòm ka reyalize. Sepandan, chak fwa yon pèlen ki fèk fèt yo aplike, olografik ki koresponn lan bezwen rekalkile. Avèk rafrechisman an konstan nan vitès òdinatè ak Aparisyon nan algoritm nouvo, Ouverture olografik nan nenpòt ki fòm ka byen fasil reyalize nan laboratwa rechèch jeneral syantifik. Nan prensip, Ouverture olografik ka pwodwi pyèj limyè nan nenpòt fòm, gwosè, ak nimewo. Pa chanje distribisyon faz nan limyè a te kaptire, patikil yo bloke ka deplase nan pèlen an limyè dapre yon kou mete, kidonk bay yon zouti pi bon pou aplike patikil yo klasman iris. Avèk pwogrè kontinyèl nan teknoloji kaptire lazè ak chanjman an konstan nan objè kaptire, tradisyonèl yon sèl-gwo bout bwa fòs gradyan optik pa kapab satisfè demann lan nouvo pou kapti mikwoskopik pran. Kòm yon teknoloji émergentes optik, adisyon a nan Apertures olografik pèmèt fanmi an Krypton yo dwe plen vitalite. Aperti olografik yo te montre gwo pwomès nan jaden yo nan kaptire ak manipile matyè miltip ak akonplisman patikil sifas plasman patikil sonorite. Fully rekonèt avantaj ak enkonvenyan apertur olografik yo ede moun yo pran anpil avantaj de avantaj yo nan desine apèl olografik ak simonte defisyans pa desine apèl olografik ak pèfòmans siperyè ki satisfè bezwen aktyèl, pèmèt yo yo dwe itilize nan byoloji molekilè ak byoloji. Chimik, nano-fabrikasyon ak lòt jaden yo egzèse avantaj inik yo epi yo bay plis enfòmasyon enpòtan pou rechèch interdisiplinè.

Aplikasyon an tipik nan Ouverture olografik

Akòz echanj momantòm lan oswa momantòm angilè ant limyè ak patikil, jaden limyè a vin tounen yon tradisyonèl ki pa kontak zouti pou kaptire, k ap deplase, etann, oswa wotasyon patikil mikwoskopik. Metòd tradisyonèl la itilize yon plak vag ak yon aparèy polarization pou jwenn yon gwo bout bwa ak yon detèmine momantòm vire angilè, ak yon olografik sèten ka itilize yo jwenn yon gwo bout bwa ak momantòm orbital angilè, tankou yon gwo bout bwa vortex. Sa a ogmante aplikasyon an nan aperti olografik ak montre avantaj inik li yo an tèm de wotasyon foto nan patikil, manipilasyon nan patikil miltip, ak mouvman konplèks.

1 New Hollow Light Field kaptire ak wotasyon Patikil yo

Photon gen momantòm lineyè ak momantòm angilè, ak momantòm angilè gen ladan momantòm orbital angilè ak vire angilè ang. Nan mitan yo, momantòm nan vire angilè depann sou eta a polarizasyon nan gwo bout bwa a, ki ka chanje pa prism, plak vag, ak renmen an. An 2007, gwoup Wang la te itilize nano fabrikasyon teknoloji pou prepare patikil nano-kwatz silendrik. Patikil yo Thorne nan Ouverture a ak mezire fòs yo torsional ak moman nan dsDNA la. Teknik sa a sèvi ak momantòm lan angilè vire nan foton yo fè patikil yo birefingent Thorne.

An 1991, Sato et al. premye reyalize wotasyon nan foto-pwovoke nan patikil nan yon Ouverture, ak gwo bout bwa a itilize te yon wotasyon segondè-lòd Hermite-Gaussian limyè. Yon seri de pyèj limyè nouvo yo te itilize yo etidye wotasyon nan foto-pwovoke nan patikil, tankou kre, Gauzi, Laguerre-Gaussian, pi wo-lòd Bessel, kre hoèl baj, ak kre pwodiksyon LP01 Hollow kre. Avantaj nan metòd sa a se ke efè a tèmik pwodwi lè patikil yo yo bloke se ti, epi pa gen okenn karakteristik nouvo nan sèl-gwo bouton fòs pèlen an ki te fòme pa yon gwo bout bwa Gauyen. Tradisyonèl teknoloji holographic te ankouraje aplikasyon an nan sa yo nouvo kalite travès nan wotasyon foto-indwi. Orbital momantòm angilè a se ki gen rapò ak espesifik distribisyon espasyal la nan jaden an limyè.

Ka gwo bout bwa a ak momantòm angilè angilè ap pwodwi pa yon prism pouri wotasyon, men sa a mande pou yon aranjman trè egzak nan prism yo nan ranje a longè optik, ki se difisil reyalize epi yo pa ka dynamique chanje karakteristik yo gwo bout bwa. Itilize teknoloji olografik genyen batay la. Li pèmèt yon sèl fasil pou jwenn travès limyè ak orbital angilè angilè oswa karakteristik diffraksyon espesifik lè l sèvi avèk olografik ki apwopriye, tankou Laguerre-Gaussian (LG) travès, Bessel Bessel gwo bout bwa, gwo bout bwa Hermite-Gauyen, elatriye.

Anplis de sa, pyèj limyè nouvo ki te kreye pa teknik olografik, tankou pyèj limyè vortex, kreye miray pre-jaden nan koòdone a ki ka itilize kaptire ak Thorne metal patikil. An 2008, Maria Dienerowitz et al. nan St. Andrews Inivèsite nan Scotland itilize LG limyè pran patikil nanogold. Yo te itilize yon gwo bout bwa ki toupre sifon plasmon sifas yo pou limen patikil lò nan rejyon an jaden nwa nan LG limyè, epi yo sèvi ak ang orbital la nan foton. Transfè momantòm, ka akonpli wotasyon de 100 nm lò nanopartikul ki kwense nan pèlen an optik an menm tan an.

2 Multi-patikil mouvman konplèks

Fòs ki te pwodwi pa itilizasyon teknoloji koreksyon vag optik kapab reyalize kontwòl rapid nan plizyè domèn syans ak teknoloji ak aplikasyon jeni. Pou egzanp, Ouverture olografik ka dynamique kaptire ak manipile matyè miltip nan tan reyèl. Jesacher et al. nan Lekòl Innsbruck Medsin nan Otrich fè vaste rechèch sou sèvis piblik la nan modilateur limyè kristal limyè espasyal jenere vag limyè konplèks. Yo kaptire ak manipile granules mikwoskopik nan pre-configuré pyèj optik pa separeman kontwole anplitid la ak faz nan jaden an optik. Chanje anplitid la ak faz nan jaden an limyè pa ka sèlman reyalize pyèj limyè nan fòm espesyal tankou kwa, rektang, ak sèk, men tou, kontwole mouvman an nan patikil ansanm chemen espesifik. Nan prensip, li posib reyalize patikil trapping nan pyèj limyè nan fòm abitrè. Kontwòl.

3 Lòt aplikasyon pou olografik

Ouverture konplèks ki te fòme pa teknik holographique a gen valè aplikasyon enpòtan nan okazyon diferan tankou kaptire ak manipile matyè mikwoskopik oswa atòm, paske li se pi adaptab pase aperti abityèl yo ki ka sèlman kontwole anplitid la nan jaden an optik. Pou egzanp, yon dyafram olografik ki te kreye ak yon plak faz espesyal ka transmèt, sòt, oswa kontwole agrégation a nan patikil ti.

Koulye a, Ouverture etalografik etalaj ak jiska 400 pyèj optik ka jwenn lè l sèvi avèk teknoloji olografik. Nan konbinezon ak teknoloji konpitè, karakteristik sa yo nan pyèj optik endividyèl yo kapab tou ap chanje dynamique. Pake limyè yo an tan reyèl konsa pwodwi ka pran objè k ap deplase ak trè dispersed tankou viris, ti koloyid, ak bakteri naje. Anplis de sa, lineyè, Bessel optik pyèj, ak optik pyèj pyèj ak momantòm angilè kapab tou gen pou pwodwi. Sa yo pyèj limyè etranj fè li posib yo ajiste, Thorne, Thorne, ak kreye objè sikilè nan avyon an imaj oswa aks optik, osi byen ke lòt manipilasyon atipik. Etid sa yo gen plis elaji sijè ki abòde lan aplikasyon nan apertures olografik, fè li yon bèl bagay nan sal rechèch la kwa-syans.

Aperti Holographic yo karakterize pa libète a kontwole patikil miltip, ki fè fizyon an, adsorption, ak entèraksyon ant patikil oswa sifas vin pi fasil. Pou egzanp, viris la se implanté nan selil oswa espèm lan implanté nan selil yo ze, ak fòs la obligatwa entè-molekilè detekte lè l sèvi avèk boul multifonctionnelle ak sifas yo. Pa obsève konpòtman an nan objè a nan pèlen an limyè, li posib tou pou mezire mezi karakteristik objè a oswa anviwònman an ki antoure. Yon pèlen milti-byen ka detire oswa pliye materyèl nan interfaces yo ant molekil sèl ak manbràn selilè ak likid. Eksperyans sa yo ka jwenn enfòmasyon sou modil elastik, sifas enèji, ak fòs adsorption nan anpil sistèm, ak nan menm tan an senplifye etid la nan pwopriyete mikwo-echèl mekanik. Ouverture olografik yo ka itilize yo rasanble estrikti espesifik. Avèk ekleraj limyè oswa reflete, yon materyèl espesifik ka wè ak pozisyone sou yon substra transparan oswa elektwòd. Aperti Holographic ka òganize anpil materyèl ak nouvo pwopriyete fizik oswa optik nan twa dimansyon. Aplikasyon potansyèl yo se konstriksyon nan materyèl kristal bandonik kristal, fabwikasyon nan eleman elektwonik byolojik oswa nanoskal, ak depozisyon an nan materyèl diferan sou elektwòd ki mezire pwopriyete elektrik yo. An 2007, syantis nan Etazini yo te itilize limyè enfrawou pou kontwole mouvman patikil yo sou yon silans plato. Yo te chwazi yon wafer Silisyòm nan epesè ki apwopriye a ak konsantrasyon dopan konsa ke li te kapab rantre limyè enfrawouj e li ka detekte pa ks la. Teknoloji sa a kraze nan motif la nan kaptire nan tradisyonèl nan patikil nan faz la likid. Si ou konbine teknoloji diaphragm holographic, ou ka rasanble kèk estrikti ki gen sans sou sifas espesifik solid.

An patikilye, anvan envansyon nan Ouverture a olografik, teknoloji a dyafram Ouverture konsantre sitou sou rechèch debaz la nan patikil sèl, ak avantaj nan Ouverture olografik nan manipilasyon a nan patikil miltip ouvè aplikasyon an pratik nan pentan optik gwo-echèl endistriyèl pwodiksyon. Yon sitiyasyon nouvo.

Egzanp pwodwi yo

Kounye a, Commerce disponib sistèm Ouverture sitou itilize AOD, ak Meadowlark (BNS) nan olografik Couture sistèm Cube se sèlman komèsyal sistèm lan Ouverture olografik. Estrikti li yo se jan sa a:

Konpare ak Ouverture lòt lè l sèvi avèk AOD, Meadowlark (BNS) nan olografik sistèm Ouverture Cube gen karakteristik sa yo:

1. Kounye a, komèsyal ki disponib milti-fenèt sistèm tout itilize AOD (high-speed modulation) lazer pou fòme diferan pyèj, epi li ka sèlman okipe de-dimansyon (x, y-direksyon) avyon tankou tradiksyon. Liy kristal espasyal limyè modulator ka modulation entansite a ak faz nan limyè a epi li se yon manipilasyon vre 3D. Se pa sèlman tradiksyon, men tou twa-dimansyon wotasyon ak manipilasyon lòt nan patikil ak selil yo.

2. Depi limyè a ka faz ajiste, modilator kristal likid espasyal la ka korije diferans faz, ajiste plas la lazè, epi fè distribisyon pèlen an plis ideyal.

(a) Dyagram faz ki itilize pou korije diferans faz ki chaje sou SLM a (b) Spot limyè pou pre-koreksyon (c) kòrèkteman limyè

3. Modilator limyè kristal likid espasyal la (SLM) gen yon efikasite diffraction ki pi gran pase 90%, pi wo pase AOD, e li gen yon itilizasyon ki pi wo nan lazè a.

4. Kontrèman ak AOD la ki fòme plizyè pyèj limyè nan gwo vitès oblije chanje, Liquid Crystal espas modilatwa limyè (SLM) ka jenere plizyè travès konsantre an menm tan an, chak gwo bout bwa fòme yon pèl limyè separe, se konsa limyè a Fòm ki estab nan pèlen an se pi bon.