回折光学素子を利用した流体中の微粒子の操作

使用衍射光学元件操纵流体中的颗粒

基本信息

批准号：
07750063
负责人：
早崎芳夫
金额：
$ 0.7万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750063/
关键词：
光マニピュレータ回折型光学素子

项目摘要

本研究は、回折光学素子を光マニピュレーション技術と融合して、より汎用性の高い光マニピュレーションシステムを構築することを目的として行われた。具体的な試みとして、回折型光学素子としてフレネルゾーンプレート(FZP)および円環パターンを発生するタイプを作成し、それぞれ、ポリスチレン粒子および金属メッキ粒子が光マニピュレート可能であることを実証した。まず、適用したFZPは、直径11.8mm、ゾーン数30、焦点距離1080mmであり、光マニピュレータ光学系に導入した。その結果、水に分散した3μmのポリスチレン微小球が、光マニピュレート可能であることが解った。その時、FZPに波長488nmのレーザー光を強度67.6W/cm^2で入射した場合、横方向の力は、2.13pNであり、入射光強度に対して比例することも解った。さらに、5μm、8μmのポリスチレン微小球を光マニピュレート可能であることを確認し、同様に横方向の力を測定した。以上の結果は、FZPの1次光により光マニピュレートを行った結果であり、FZPの2次光により光マニピュレート可能であることも解った。2次光の発生する横方向の力は、1次光の50-60%程度であった。これは、FZPの2次光の回折効率が、1次光の回折効率の9分の1であることから、焦点での光強度に対して、2次光が1次光より5倍程度大きな力を発生していることになる。これは、2次光が1次光に比べて、光線のNAが、大きいためであると考えられる。表面で光を反射する粒子を光マニピュレートするために、円環パターンを発生する回折光学素子を作成した。試料として、2枚の電気回路パターンを接着する際の導電体として使用されている金属メッキ粒子を用いた。そこで、金属メッキ粒子が光マニピュレート可能であることを実証した。以上の研究により、固定型の回折型光学素子の光マニピュレータへの適用が、可能であることを示した。さらに、より汎用的なシステムを構築するために、可変型の回折光学素子の適用が必要である。そのためには、耐光強度性の高い実時間動作可能な空間光変調素子の実現が急務である。なお、上記の研究は、“回折光学素子を用いた液体中の微粒子の操作"および円環パターンを用いた金属メッキ微粒子の光トラップ"という題目で、1996年第43回応用物理学関係連合講演会で発表予定である。

本研究的目的是通过将衍射光学元件与光学操纵技术融合来构建更通用的光学操纵系统。作为具体的尝试，我们创建了菲涅尔波带片（FZP）和环形图案生成型作为衍射光学元件，并证明了可以分别对聚苯乙烯颗粒和镀金属颗粒进行光学操纵。首先，所应用的FZP直径为11.8毫米，30区，焦距为1080毫米，并将其引入光学操纵器光学系统中。结果发现，分散在水中的3μm聚苯乙烯微球可以进行光学操纵。当时，当波长为488 nm的激光束以67.6 W/cm^2的强度入射到FZP上时，侧向力为2.13 pN，也发现该侧向力与入射强度成正比。光。此外，我们确认了5μm和8μm聚苯乙烯微球可以进行光学操纵，并类似地测量了侧向力。上述结果是使用FZP的一次光进行光学操纵的结果，我们还发现使用FZP的二次光进行光学操纵是可能的。二次光产生的侧向力约为一次光的50-60%。这是因为FZP的二阶光的衍射效率是一阶光的衍射效率的九分之一，因此二阶光相对于一阶光的衍射效率大约是一阶光的五倍。焦点处的光强意味着正在产生力。这被认为是因为二次光具有比一次光更大的NA。为了光学操纵在其表面反射光的粒子，我们创建了一种可以生成环形图案的衍射光学元件。作为示例，我们使用了金属电镀颗粒，这些颗粒在粘合两个电路图案时用作导体。因此，我们证明了可以对镀金属颗粒进行光学操纵。上述研究表明，将固定衍射光学元件应用于光学操纵器是可能的。此外，为了构建更通用的系统，需要应用可变衍射光学元件。为此，迫切需要实现一种具有高耐光性且能够实时工作的空间光调制元件。上述研究成果于1996年第43届应用物理协会讲座上发表，题为“利用衍射光学元件操纵液体中的细小颗粒”和利用圆形图案对镀金属细小颗粒进行光学捕获，并计划在该会议上公布。会议。