申请/专利权人：之江实验室

申请日：2024-01-29

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN117647470B

主分类号：G01N15/02

分类号：G01N15/02;G01N15/0227;G01N15/0205

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2024.03.22#实质审查的生效;2024.03.05#公开

摘要：本发明公开了一种基于悬浮光镊和互易定理测量散射场远场的装置及其应用。由颗粒投送装置和悬浮光镊部分分别投送单个纳米颗粒至捕获腔并悬浮捕获；由背景场输入调制部分将具有平面波性质的光束入射至被捕获颗粒以产生散射；通过远场成像部分和固定角度光电信号探测器分别接收和测量固定角度的散射场远场；通过散射场远场分布计算部分获得散射场远场分布。本发明使用悬浮光镊技术，能够避免颗粒受到采样衬底的影响；基于互易定理，调制背景场的入射方向并固定角度测量散射场远场，来代替传统方法改变散射场远场接收角度的过程。本发明使散射场远场的测量更便捷，方向角测量范围为[0,2π]，仰角测量范围为[0,π2，适用于识别被捕获的单个纳米颗粒形状。

主权项：1.一种基于悬浮光镊和互易定理测量散射场远场的装置，其特征在于，包括颗粒投送装置、悬浮光镊部分和散射探测部分；所述散射探测部分包括背景场输入调制部分、远场成像部分、固定角度光电信号探测器和散射场远场分布计算部分；所述悬浮光镊部分和背景场输入调制部分使用不同波长光源，两部分光束通过半透半反镜合束后入射至待测颗粒，通过在固定角度光电信号探测器前放置以悬浮光镊部分光源波长为中心的带通滤波片，滤除悬浮光镊部分光束；所述颗粒投送装置用于采集、投送待测单个纳米颗粒至捕获腔；所述悬浮光镊部分用于在捕获腔内形成光阱以捕获待测单个纳米颗粒，使其处于稳定悬浮状态，使用油镜聚焦光束，提供散射力和辐射力与纳米颗粒的重力相平衡；所述背景场输入调制部分，选择与悬浮光镊部分不同波长的光源，在待测颗粒对应的入射空间频谱面汇聚并在空间频谱面内进行平移调制，对应于从油镜输入待测颗粒的光束具有平面波性质并产生入射角度调制；使用数值孔径大于1的油镜，背景场从油镜输出至匹配液薄层，再经玻片到腔体气体环境中，出射到被捕获的待测单个纳米颗粒处，使得入射到待测颗粒的背景场平面波的仰角调制范围为[0,π2、方向角调制范围为[0,2π]；所述远场成像部分，将待测颗粒在背景场下的散射光转换至待测颗粒散射场的出射空间频谱面，并使用针孔光阑进行空间滤波，接收空间滤波后的散射场远场信号；所述固定角度光电信号探测器用于测量远场成像部分接收的散射场远场强度；所述散射场远场分布计算部分，用于基于互易定理将调制背景场入射方向和固定角度光电信号探测器测量的光电信号，转换为探测器方向入射背景场时不同角度的散射场远场信号，散射场仰角测量范围为[0,π2，方向角测量范围为[0,2π]；在待测颗粒对应的入射空间频谱面附近设置两块与光轴呈45°并相互正交的反射镜，通过两块反射镜不同的平移组合，调制背景场入射待测颗粒的仰角和方向角；在待测颗粒处定义球坐标系，背景场入射待测颗粒的仰角为θ，方向角为φ，在待测颗粒对应的入射空间频谱面附近设置的反射镜R1和反射镜R2的平移距离分别记作和背景场垂直入射待测颗粒时对应的仰角记为θ＝0，在垂直入射的基础上，平移反射镜R1至背景场输入调制部分光束恰于玻片界面发生全反射时，记为满足关系式所述散射探测部分在光源处使用分束镜分束，其中透射光束作为散射探测光束，反射光束的光强记为散射探测参考光强Pr并使用功率计实时测量；关闭悬浮光镊部分的光源并移除针孔光阑，记此时散射场的出射空间频谱面处光强为Pt，设置背景场输入调制部分的调制在范围内等间隔地移动若干位置，对应背景场入射仰角θ随之移动，记录光强Pt随仰角θ的变化，记为Ptθ；记光强归一化系数为Aθ＝PtθPr，用于归一化光路对散射探测部分信号的衰减；当固定角度光电信号探测器测得的散射光强为Ps时，待测颗粒在对应方向的单位仰角散射归一化光强为其中ΔΩ为待测颗粒散射场远场的仰角分辨率，ΔΩ由固定角度光电信号探测器单次测量的散射场角度范围决定，使用已知光栅周期为a的光栅做标定，光栅对于正入射背景场的一级衍射角θg满足sinθg＝λdeta，其中λdet为背景场输入调制部分的光源波长，一级衍射在散射场的出射空间频谱面内与光轴横向距离记为则其中d为针孔光阑直径。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 之江实验室 基于悬浮光镊和互易定理测量散射场远场的装置及其应用

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD