[发明专利]一种标定光阱中微粒数量、尺寸的方法及装置

权利要求书

1.一种标定光阱中微粒数量的方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

利用光阱稳定悬浮尺寸均匀的待测微粒，利用光电探测器收集微粒的散射光信号，多次重复捕获不同的微粒，记录每次的散射光的光强，统计光功率的散射光的光强分布情况；微粒数量与散射光的光强存在一一对应关系，微粒数量越多，散射光的光强越大，根据散射光的光强分布情况，获取光阱捕获不同数量的微粒时对应的预期光强，当光阱用于捕获未知微粒时，对未知微粒的数量进行标定。

2.根据权利要求1所述的标定光阱中微粒数量的方法，其特征在于，用于捕获微粒的光的波长在近红外波段，所述的待测微粒所处的环境为液体、空气或真空。

3.根据权利要求1所述的标定光阱中微粒数量的方法，其特征在于，所述的光电探测器收集的散射光的角度为90°。

4.根据权利要求1所述的标定光阱中微粒数量的方法，其特征在于，所述的记录每次的散射光的光强，统计光功率的散射光的光强分布情况，根据散射光的光强分布情况，获取光阱捕获不同数量的标准微粒时对应的预期光强的具体步骤如下：

（1）首先获取光阱中未捕获微粒时的散射光强值I₀作为背景光强，然后依次捕获微粒，获得每次的散射光强I_i,并将每次的散射光强值归一化：

其中，I_A为捕获光的光强，i为捕获的次序，n_i为第i次归一化后的光强值；

（2）对归一化光强值进行统计，得到统计次数的直方图，所述的直方图的横坐标为归一化光强值的取值，纵坐标为对应的次数；直方图上归一化光强值的分布是离散的，同时也呈现出一定的统计规律，集中分布在某些中心值附近，围绕中心值呈高斯分布；

（3）对不同离散区间进行高斯拟合，得到各个中心值，数值从小到大依次为n_a、n_b、n_c……，这些预期光强值对应从小到大排列的光阱中捕获微粒的数量。

5.一种标定光阱中微粒尺寸的方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

（1）利用光阱稳定悬浮待测的某一特定尺寸的标准微粒；

（2）利用光电探测器收集标准微粒的散射光信号，记录每次的散射光的光强；

（3）多次重复捕获不同数量的某一特定尺寸的标准微粒，统计散射光的光强分布情况；微粒数量与散射光的光强存在一一对应关系，标准微粒数量越多，散射光的光强越大；

（4）根据散射光的光强分布情况，获取光阱捕获不同数量的标准微粒时对应的预期光强，当光阱用于捕获未知微粒时，对未知微粒的数量进行标定；

（5）更换不同尺寸的标准微粒，重复步骤（1）~（4），获得不同尺寸下的不同数量的标准微粒对应的散射光的光强；

（6）对不同尺寸下的不同数量的标准微粒对应的散射光的光强进行统计分析和拟合，取每个尺寸下的标准微粒对应的拟合后散射光的中心值的最小值，对未知微粒的尺寸进行标定。

6.一种标定光阱中微粒数量的装置，其特征在于，该装置包括激光器（1）、第一准直透镜（2）、第二准直透镜（3）、第一反射镜（4）、第二反射镜（5）、聚焦透镜（6）、待测微粒（7）、光电探测器（8）和上位机（9）；

所述的激光器（1）出射捕获激光，经过第一准直透镜（2）、第二准直透镜（3）进行扩束准直，再依次经过第一反射镜（4）、第二反射镜（5）、聚焦透镜（6）后成为捕获光束，所述的捕获光束形成单光束光阱，所述的待测微粒（7）稳定悬浮在所述的单光束光阱中；所述的待测微粒（7）散射捕获光束，其散射光束被光电探测器（8）收集；光电探测器（8）将探测信号上传到上位机（9）。

7.根据权利要求6所述的标定光阱中微粒数量的装置，其特征在于，所述的光电探测器（8）从侧面收集待测微粒（7）的散射光束。

8.根据权利要求6所述的标定光阱中微粒数量的装置，其特征在于，所述的待测微粒（7）所处的环境为液体、空气或真空。

9.根据权利要求6所述的标定光阱中微粒数量的装置，其特征在于，所述的激光器（1）出射的光的波长在近红外波段。