徐孝浩 1,2高文禹 1,2李添悦 3,4邵天骅 3,4[ ... ]姚保利 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,南京大学物理学院,江苏 南京 210093
4 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心,江苏 南京 210093
5 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力,近年来已被深入应用于光学微操控技术研究,这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地,由于超构表面的尺寸在亚波长级别,具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力,这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发,详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件,包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等,并结合微纳结构的拓扑光学性质,对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后,本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。
超构表面 光学微操控 光镊 光子力学 
光学学报
2024, 44(5): 0500001
Author Affiliations
Abstract
1 Université Paris-Saclay, Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Laboratoire Charles Fabry, 91127 Palaiseau, France
2 Laboratoire d’Optique et Biosciences, Ecole Polytechnique, CNRS, INSERM, Université Paris-Saclay, 91128 Palaiseau, France
3 Université Paris-Saclay, Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, LuMIn, 91190 Gif-sur-Yvette, France
Mechanical forces play an important role in the behaviour of cells, from differentiation to migration and the development of diseases. Optical tweezers provide a quantitative tool to study these forces and must be combined with other tools, such as phase contrast and fluorescence microscopy. Detecting the retro-reflected trap beam is a convenient way to monitor the force applied by optical tweezers, while freeing top access to the sample. Accurate in situ calibration is required especially for single cells close to a surface where viscosity varies rapidly with height. Here, we take advantage of the well contrasted interference rings in the back focal plane of the objective to find the height of a trapped bead above a cover slip. We thus map the viscous drag dependence close to the surface and find agreement between four different measurement techniques for the trap stiffness down to 2 μm above the surface. Combining this detection scheme with phase contrast microscopy, we show that the phase ring in the back focal plane of the objective must be deported in a conjugate plane on the imaging path. This simplifies implementation of optical tweezers in combination with other techniques for biomechanical studies.
Optical tweezers Optical micromanipulation Optical trapping 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023026
作者单位
摘要
1 苏州大学 机电工程学院,江苏苏州25000
2 中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所,四川绵阳61000
MEMS摩阻传感器是一种专门为测量高超音速飞行器模型表面摩擦阻力设计的立体式MEMS传感器,为了实现其可靠组装,设计了MEMS摩阻传感器微组装系统,对包括双显微视觉系统、高精度治具设计、精密操作工具、精密定位平台、高精度视觉识别算法以及点胶工艺等进行了研究。首先,分析确定了传感器性能与传感器浮动杆与芯片组装的形位公差、总成后的浮动杆上端圆面与传感器管壳上组件圆孔的同心度以及端面平齐度与高度差相关。然后,针对影响因素设计了高精度治具保证组装前传感器各个部件的形位公差在理论范围内,设计了精密操作工具确保精确吸取部件并在组装过程中稳定搬运部件,利用双显微视觉精确识别装配的轴孔位置,驱动精密定位平台将各部件搬运到对应装配位置。最后,研究点胶工艺对于传感器装配性能的影响。实验结果表明:传感器微组装完成后,其浮动头与管壳上组件圆孔同心度偏差平均值约4.90 μm;浮动头与上端盖端面高度差跳动值为1 μm。MEMS摩阻传感器微组装系统完全满足传感器装配要求。
MEMS封装技术 微操作 显微视觉 精密定位 MEMS packaging technology micromanipulation micro vision precision positioning 
光学 精密工程
2022, 30(16): 1943
作者单位
摘要
厦门大学物理科学与技术学院物理学系, 福建 厦门 361005
光不仅可以携带自旋角动量,还可以携带轨道角动量。其中,自旋角动量与光波的圆偏振态有关,而轨道角动量来源于光波的螺旋相位结构。自Allen等1992年首次理论确认了光子轨道角动量的物理概念和内涵以来,这类具有特殊螺旋相位波前的新型光场吸引了越来越多的研究兴趣,在经典光学及量子光学领域均展示出了诸多重要的应用前景。本文从基础物理及应用物理两个层面出发,着重介绍了轨道角动量光束的制备与探测技术,特别是近年来轨道角动量调控在螺旋相衬成像技术、远程旋转多普勒效应探测技术及光学微操控技术等领域的研究进展。
量子光学 轨道角动量 螺旋相衬成像 旋转多普勒效应 光学微操控 
中国激光
2020, 47(5): 0500013
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室, 哈尔滨150001
2 哈尔滨工业大学 微系统与微结构制造教育部重点实验室, 哈尔滨 150001
基于液滴的转移方法可实现微操作任务中微对象的拾取, 锥形操作探针则常作为一种毛细力微操作执行工具。主要研究在空气冷凝模式下锥形探针端面的液滴形成。建立了微液滴形成的数学模型, 主要包括初始液滴的形成、液滴的合并和液滴的移动, 研究了影响操作液滴的关键参数, 分析表明: 过冷度决定最小液滴半径。对单液滴的生长机制进行理论分析, 并通过数值求解的方法模拟了锥形操作探针端面的液滴形成。搭建实验测试平台, 实验研究了微尺度下锥形微操作探针端面的液滴形成。实验结果表明: 在空气冷凝模式下, 操作探针端面能够形成微液滴。经过初始液滴的形成, 液滴的合并和移动等过程最终可形成稳定的微液滴, 且不同锥顶角下液滴的形成呈现多样化。
微操作 液滴形成 冷凝 锥形探针 毛细力 micromanipulation droplet formation condensation conical probe capillary 
强激光与粒子束
2016, 28(6): 064117
作者单位
摘要
1 华南师范大学激光生命科学研究所教育部重点实验室, 广东 广州 510631
2 华南师范大学信息光电子科技学院, 广东 广州 510006
3 广州计量检测技术研究院, 广东 广州 510663
4 广州大学实验中心, 广东 广州 510006
5 华南师范大学先进光电子研究院光及电磁波中心, 广东 广州 510006
空化效应是发生在液体内部的一种极其复杂的流体物理现象, 能产生极高的中心能量密度, 并伴随发光、发热、冲击波、高速射流等极端物理现象, 它的存在能使一些极端的反应得以实现。空化效应发生时形成的空化微流体在破坏细胞形貌、微操控、微混合等方面有广泛地应用。本文综述了空化微流体及其产生的强烈冲击波在生物医学方面的应用, 包含空化微流体在破坏细胞形貌、微小元件的操控以及加快液体混合等三个方面。
空化微流 细胞形貌 微操控 微混合 cavitational microfluidic cell morphology micromanipulation micro mixing 
激光生物学报
2014, 23(4): 289
作者单位
摘要
山东理工大学理学院, 山东 淄博 255049
光具有由偏振性决定的自旋角动量(SAM)和由光场空间分布决定的轨道角动量(OAM)两种不同的物理性质。重点对光的自旋和轨道角动量在光束生成和变换性质、存在形式和描述方法、力学效应、空间相干性和时间相干性、角向多普勒频移效应及参量转换与量子纠缠等方面进行对比,探索它们的现象学差别,以期更好地理解光的本性,为该领域的研究提供启发和拓展思路。总结和分析了轨道角动量的最新研究成果,并展望了该领域的最新研究动态。
物理光学 奇点光学 测量 角动量 光学涡旋 光学微操纵 量子纠缠 
激光与光电子学进展
2014, 51(10): 100004
作者单位
摘要
南开大学物理科学学院, 天津 300071
采用瑞利近似方法,数值模拟了纳米尺度的电介质粒子在一维艾里(Airy)光束作用下的光学散射力、梯度力,分析了小球所受的光学散射力和梯度力与小球半径、折射率的关系。同时,还数值模拟了小球在艾里光束中的运动轨迹,讨论了小球半径、折射率以及环境粘滞系数对小球轨迹的影响。结果表明光学散射力和梯度力随着小球半径和折射率的增大而增大。小球在光学梯度力的作用下,被牵引到光强极大值处,沿着抛物线做振荡运动,并最终收敛于抛物线型结构。小球的半径、折射率越小,以及环境的粘滞系数越大,小球轨迹的振荡越弱,收敛速度越快。
激光光学 光学微操控 瑞利近似 捕获和输运 梯度力和散射力 艾里光束 
光学学报
2011, 31(s1): s100405
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学 机器人研究所,黑龙江 哈尔滨 150001
为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器。采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性。应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,S形柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化成末端夹爪的转动实现了夹持操作。两种不同尺寸的微夹持器,有效扩展了微夹持器的夹持范围。根据微夹持器的操作控制需求,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及气压控制系统。在80 V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移可达25 μm。针对100~200 μm的小球进行了微操作实验,实验结果表明,静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的气路正压力能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现可靠的释放操作。微夹持器基本满足100~200 μm微小构件的操作需求。
微机电系统 微操作 微夹持器 静电梳齿驱动 气动吸放 MEMS micromanipulation microgripper electrostatic comb driving aspirating and blowing operation 
光学 精密工程
2009, 17(8): 1928
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 机器人研究所,黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点联合实验室,上海 200050
为使夹持器小型集成化且夹持力可控,采用体硅加工技术研制了一种基于单晶硅的、具有微力检测功能的新型四臂式MEMS微夹持器。以压阻检测技术为基础,利用MEMS侧面压阻刻蚀工艺将力传感器集成在微夹持器的夹持臂末端,实现夹持力的微力检测。采用有限元软件分析,微夹持器机构和传感器弹性体,并通过S型柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化为夹持臂末段的转动,然后结合四臂式的末段结构,有效地扩展夹持器的夹持范围。利用硅玻璃键合技术实现夹持臂的电隔离,通过施加80 V电压,夹持臂的单臂运动范围为25 μm,夹持器的夹持范围为30~130 μm。实验标定出传感器的最大量程在1 mN以上,分辨率为3 μN,可以实现夹持力的有效反馈。
微机电系统 MEMS微夹持器 侧面压阻 微操作 MEMS MEMS microgripper sidewall piezoresistor micromanipulation 
光学 精密工程
2009, 17(8): 1878

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