申请/专利权人：之江实验室

申请日：2024-01-26

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN117629899B

主分类号：G01N21/17

分类号：G01N21/17;G01N21/49;G01N21/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2024.03.19#实质审查的生效;2024.03.01#公开

摘要：本发明公开了一种基于悬浮光镊的纳米颗粒消光截面原位测量方法及装置。本发明使用捕获光路形成光阱捕获纳米颗粒，通过前向散射差分探测实时获得颗粒位置，并闭环控制捕获光束功率对颗粒进行冷却，再使用交流电场驱动颗粒空间位置周期性振动，对振动颗粒前向散射差分信号进行锁相测量，获得位移运动信号。本发明使用探测光路测量消光截面，使用紧聚焦光束作为背景场入射纳米颗粒，并在光束前向使用光电管接收出射背景场立体角范围内的总场，接收的光功率包含背景、小部分散射和消光功率，再对光电管接收的信号使用锁相放大器高信噪比地测量颗粒位移运动频率的信号分量，该分量正比于消光截面，从而得到纳米颗粒原位、精密的消光截面和消光截面谱。

主权项：1.一种基于悬浮光镊的纳米颗粒消光截面原位测量方法，其特征在于，包括：使用光束对纳米颗粒产生光辐射力形成光阱实现捕获；通过前向散射差分探测实时获得纳米颗粒位置，并闭环控制捕获光束功率对纳米颗粒进行冷却；使用交流电场驱动纳米颗粒的空间位置周期性振动，具体为：纳米颗粒带电，在光阱区域施加垂直于捕获光束的空间均匀交流电场来驱动纳米颗粒的空间位置周期性振动，纳米颗粒的位置随时间的变化称为位移运动信号，交流电场频率需远离纳米颗粒的热运动共振频率；通过调制交流电场的偏置和振幅，从而调制纳米颗粒位移运动信号的偏置和振幅，位移运动信号表现为简谐运动，位移运动频率fm等于交流电场频率；对纳米颗粒使用前向散射差分探测实时输出位移运动信号，并作为待测信号输入第一锁相放大器，将交流电场驱动信号作为参考信号输入第一锁相放大器，第一锁相放大器对纳米颗粒的位移运动信号进行锁相测量，测得滤除参考信号频率以外的热运动噪声的位移运动信号；使用紧聚焦光束作为背景场入射纳米颗粒，并发生散射和消光；背景场在束腰处相对于被测纳米颗粒具有平面波性质；纳米颗粒周围的空间中包含全角度的散射场和光束传输方向的背景场；光束前向使用光电管接收出射背景场立体角范围内的能流，包含全部背景能流、部分散射能流以及全部消光能流，光电管探测出射背景场立体角范围内的总场光功率信号，记为Pdet；令x坐标方向为纳米颗粒的运动方向，y坐标方向为与纳米颗粒运动方向以及背景场入射方向相垂直的方向，随着纳米颗粒在平衡位置x0，y0的周期性位移运动调制，由光电管探测的总场光功率信号Pdet中位移运动频率fm的信号分量Pm满足：其中A为纳米颗粒在t时刻下的位移运动信号，IA，y0为纳米颗粒质心位置A，y0处的光功率密度，σext为消光截面；将总场光功率信号Pdet输入第二锁相放大器作为待测信号，将位移运动信号A输入第二锁相放大器作为参考信号，第二锁相放大器对纳米颗粒的位移运动信号进行锁相测量，测得位移运动频率fm的信号分量Pm，从而得到纳米颗粒消光截面的原位测量结果。

全文数据：

权利要求：

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