[发明专利]光声操控微粒装置及其方法

说明书

本发明提供一种光声操控微粒装置及其方法，包括脉冲激光器、空间光调制器和平板，所述空间光调制器位于所述脉冲激光器与所述平板之间，其中：所述脉冲激光器，用于发射脉冲激光光束；所述空间光调制器，用于对脉冲激光光束进行调制，在光束中加载任意的图像信息，其中，调制后的脉冲激光光束透射在平板下表面，形成任意光学图形；所述平板，用于吸收任意光学图形的光束的能量后产生光声效应，并激发声波控制平板上的粒子运动排列形成与所述任意光学图形相匹配的图形。本发明兼具光镊高分辨率和声镊驱动力大、低损伤的特点，解决了声镊对粒子控制的灵活度和便利性较低、光镊对粒子控制驱动力小的技术问题。

技术领域

本发明涉及光学应用技术及微纳米颗粒操控领域，尤其涉及一种光声操控微粒装置及其方法。

背景技术

目前，在光与物质动量交换作用下，光镊能对微米到纳米级的粒子进行操纵、捕获和旋转，然而在光镊操纵过程中，被操控的粒子通常要求是透明的，以及对粒子的折射率等光学性质具有特殊要求，限制较大，激光热效应也会对细胞等粒子造成热损伤。

而声镊利用声波的动量和角动量，对单细胞或其它颗粒进行操控，声镊操控力比光镊大，对细胞的损伤远小于光镊，对被操控的粒子光学性质没有特殊要求。然而，灵活地构造用于操控粒子的任意特殊声场仍然具有一定的挑战性。当前要实现构造用于操控粒子的任意特殊声场，通常是采用压电换能器阵列进行控制，其中，每个阵元均有独立的信号发射电路，所有阵元的发射声波最终合成为目标声场，从而实现对粒子的任意操纵，但是，此方法需要设置较为复杂的电子系统来控制每个压电换能器的相位和幅度，结构操作较为繁琐，便利性较低。

发明内容

本发明提供一种光声操控微粒装置及其方法，旨在提高对粒子操控的驱动力、分辨率、便利性和灵活度。

本发明提供一种光声操控微粒装置，所述光声操控微粒装置包括脉冲激光器、空间光调制器和平板，所述空间光调制器位于所述脉冲激光器与所述平板之间，其中：

所述脉冲激光器，用于发射脉冲激光光束；

所述空间光调制器，用于对所述脉冲激光光束进行调制，其中，调制后的脉冲激光光束透射在所述平板下表面，形成任意光学图形；

所述平板，用于吸收所述任意光学图形的光束的能量后产生光声效应，并激发声波控制所述平板上的粒子运动排列形成与所述任意光学图形相匹配的图形。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述光声操控微粒装置还包括扩束透镜，所述扩束透镜，位于所述脉冲激光器与所述空间光调制器之间，用于对所述脉冲激光光束进行扩束处理，其中，扩束后的脉冲激光光束通过所述空间光调制器进行调制。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述光声操控微粒装置还包括反射镜和成像透镜，其中，

所述反射镜，位于所述空间光调制器与所述平板之间，用于将调制后的脉冲激光光束反射至所述成像透镜；

所述成像透镜，用于将所述调制后的脉冲激光光束成像在所述平板下表面。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述光声操控微粒装置还包括第一透明液体池，所述第一透明液体池位于所述平板的下方，所述调制后的脉冲激光光束透过所述第一透明液体池成像在所述平板下表面。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述第一透明液体池，用于增强所述光声效应，以及散发所述平板表面所产生的热量。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述光声操控微粒装置还包括第二透明液体池，所述第二透明液体池设置在所述平板的上方；其中，所述粒子存放于所述第二透明液体池中，或者放置于所述平板的上表面中。

可选地，根据本发明提供的一种光声操控微粒装置，所述平板包括金属片、云母片、陶瓷片和石墨烯薄膜的一种或多种。