Принцип холографске отворености и преглед апликација

Увод: Комплексна отвора формирана холографском технологијом има важну вриједност примјене у различитим приликама као што су хватање и манипулисање микроскопским честицама или атоми, јер је прилагодљивији од уобичајених отвора који само контролишу амплитуду оптичког поља. На пример, холографска дијафрагма створена посебном фазном плочом може преносити, сортирати или контролисати агрегацију ситних честица.

Нова генерација оптичких пинцета - холографска отвора

Технологија оптичког пинцета игра изузетно важну улогу у молекуларној биологији, колоидној науци, експерименталној физици атома и другим пољима. Сами су оптички пинцеви континуирано развијени и произведени су многи деривати пинцета. Холографска отвора формирана модулатором просторне светлости (СЛМ) има предности у манипулацији са више честица, која је отворила нову фазу за практичну примену оптичких пинцета и индустријске производње великих размера. Тренутно је врло динамичан члан породице Квангмаи. Овај рад укратко уводи принцип и примену холографске отворе и једини комерцијално доступан холографски отворни систем на тржишту. То је холографски систем отвора ЦУБЕ Америцан Меадовларк (БНС).

увод

Оптички пинцеви, такође познати као замке за честице са једним снопом, су изумили 1986. године од стране А. Асхкин на основу експеримента интеракција светлих честица од 1969. Једноделни замајац честица је у суштини сила за градијент силе оптичког зрачења притиска, и је добро формиран захваљујући интеракцији силе распршивања и силе градијента притиска који може да повезује целокупне честице Мие и Раилеигх распона распона. Формира га високо конвергиран једносмерни ласерски сноп који може еластично заробити организме или друге макромолекуле (куглице), органеле и слично, од неколико нм до неколико десетина μм и узимати материјал без битног утицаја на околну средину. Под-контакт, без деструктивне операције уживо.

Од свог изума 1986, Гуангхан је одиграо изузетно важну улогу у експерименталном истраживању ласерског хлађења, колоидне хемије и молекуларне биологије са предностима бесконтактних и малих оштећења. Са континуираном експанзијом поља примене оптичких пинцета, с циљем да задовољи више истраживачких потреба, сама технологија оптичких пинцета константно се побољшава у смислу реалног времена и контролисаних сложених оптичких замки. Тренутно истраживачи могу побољшати тачност мјерења помјерања на временској скали секунди стално побољшавајући експерименталну методу и контролишући бровски покрет узорка. У исто вријеме, честице које су мање од 25 нм могу се ухватити и посматрати, а очекује се да ухвате мање наночестице. У протеклих неколико деценија, развој оптичких пинцета омогућио је људима да детаљније разумеју молекуларне механизме кретања у комплексним биолошким системима. У облику израза, апертурни уређај је постепено еволуирао многе врсте оптичких потенцијалних замки из оригиналне оптичке замке оригиналног снопа градијента. На пример, двоструко светло, три светла, четири светла, светло за скенирање, фемтосекундно светло и тако даље. Ова серија технологија оптичке дериватизације не само да је обогатила фамилију светлосних породица, већ је пружила и веома генијално средство за истраживање микро наносних у различитим областима као што су биолошке науке, као што је мерење процеса одвијања двоструке ДНА и истраживање молекуларних мотора. Механизам кретања, одвајање хромозома пиринча, итд. Мулти-оптичка технологија за контролу замке постаје све важнија у бројним експерименталним студијама. Оптички пинцеви у континуираном развоју једноставне, једносмерне силе градијентске силе оптичке замке за контролу вишеструких отвора и положаја замке, холографски пинцеви као метода за стварање више оптичких замки или нових оптичких потенцијалних замки се истичу. Она не само да може представљати лагане замке различитих функција, већ и реализовати тродимензионалне оптичке трапне низове, и довела је до серије истраживања и развоја. Научник Грир је предвидео да ће холографска отвора довести до технолошке револуције у оптичкој манипулацији.

Принцип холографског отвора

Елемент холограма је кључни елемент који чини холограмску дијафрагму. То је сметња интерференције коју ствара светло објекта за снимање филмова и референтно светло. Када се репродуцира поље светлости објекта, само је изворно референтно светло на елементу холограма да добије реконструисани објекат. Светло поље. Холографска отвора је дијафрагма која се формира употребом холографског елемента за конструкцију светлећег поља са одређеном функцијом. Због различите природе формираног светлосног поља, холографске отворе ће постићи различите функције, као што су ротација појединачних честица, манипулација и сортирање више честица и слично. Најраније холографске отворе реализовао је Ериц Р. Дуфресне са Универзитета у Чикагу 1998. године. Они су користили дифрактивни оптички елемент (ДОЕ) да подели колимирани ласерски зрак на више независних греда, који су фокусирани снажним конвергентним сочивом вишеструки отвор. Кључ за изградњу холографске отворе је одабрати одговарајући холографски елемент на основу стварних потреба. Традиционални метод генерирања холограма је употреба кохерентне интерферометрије светлости. Недостатак је у томе што холограми које оне узимају су ниски у ефикасности дифракције, дуготрајним и слабо прилагодљивим. Због тога се не користе у холографским отворима. Тренутно холографски холограми углавном формирају модулатори просторне светлости (СЛМ). Уобичајени модулатори просторне светлости укључују просторне модулаторе просторних светлости, магнето-оптичке модулаторе просторне светлости, дигиталне мицромиррор низове (ДМД), модулаторе са вишеструким квантним пространим свјетлом и акусто-оптички модулатори. Такође је могуће користити УВ литографију да би се специфични дифрактивни оптички елементи модулирали у пољу светлости. Већина онога што се сада користи је компјутерски адресиран просторни модулатор с течним кристалима за имплементацију холограмског елемента, а формирани замах светлости се може динамички промијенити променом елемента холограма.

Прије доласка рачунара, потребни су ласерски холограми за формирање холограма ограниченог облика. Уз помоћ компјутера, могу се реализовати холограми било ког облика. Међутим, сваки пут када се имплементира ново дизајнирана замена свјетла, одговарајући холограм треба поново израчунати. Са константним освежавањем брзине рачунара и појавом нових алгоритама, холографске отворе било којег облика лако се могу реализовати у општим научно-истраживачким лабораторијама. У принципу, холографске отворе могу произвести лагане замке било којег облика, величине и броја. Променом расподеле фазе ухваћене светлости, заробљене честице могу се померати у замаху светлости у складу са постављеним курсом, чиме се обезбеђује погоднији алат за примену честица сортирања ириса. Са континуираним напретком технологије ласерског хватања и константном променом објеката за снимање, традиционалне оптичке замке за градијент са једним снопом не могу више испунити нову потражњу за микроскопским заробљавањем честица. Као нова оптичка технологија, додавање холографских отвора омогућило је породици Криптон да буде пун виталности. Холографске отворе показале су велико обећање у областима хватања и манипулације вишеструких честица и постизања површинских плазмононских резонанцних честица. Потпуно препознавање предности и недостатака холографских отвора помаже људима да у потпуности искористе своје предности у дизајнирању холографских отвора и превазилазе недостатке дизајнирањем холографских отвора са супериорним перформансама које задовољавају стварне потребе, омогућавајући их да се користе у молекуларној биологији и биологији. Хемикалије, нано-производна и друга поља остварују своје јединствене предности и пружају више вриједних информација за интердисциплинарна истраживања.

Типична примена холографске отворе

Због размене импулса или крупног момента између светлости и честица, светло поље постаје традиционални бесконтактни алат за хватање, помицање, истезање или ротирање микроскопских честица. Традиционални метод користи таласну плочу и поларизацијски уређај за добијање снопа са одређеним спинским угаоним моментом, а одређени холограм се може користити за добијање снопа са орбиталном кугличном моментом, као што је вортексни зрак. Ово проширује примену холографских отвора и показује његове јединствене предности у смислу фото ротације честица, манипулације вишеструким честицама и сложеним покретима.

1 Нев Холлов Лигхт Фиелд снима и ротира фине делове

Фотони имају линеарни импулс и кружни импулс, а кутни момент укључује орбитални кутни момент и спински угаони момент. Међу њима, спински угаони момент зависи од поларизационог стања зрака, који се може заменити призмама, таласним плочама и слично. Године 2007, група Ванг је користила нано-технологију за производњу цилиндричних нано-кварцих честица. Честице ротирају у отвору и мере торзионе силе и тренутке дсДНА. Ова техника користи спирални угаони момент фотона како би се ојачале чврсте честице.

Године 1991. Сато и сар. прво је схватила ротацију честица индукованих фото-апаратом у отвору, а коришћен је био ротациони Хермите-Гауссиан лигхт хигх-ордер. За истраживање ротације честица индукованих сликама, као што су шупље Гауссиан, Лагуерре-Гауссиан, Бессел вишег реда, шупље шупље бобље и шупље ЛП01 издужене греде, коришћена је серија нових светлосних замки. Предност ове методе је да је топлотни ефекат који се ствара када су честице заробљене мале и нема нове карактеристике замке силе градијента једносмерног зрака, формиране од стране заједничког Гауссовог греда. Традиционална холографска технологија промовисала је примену ових нових врста греда у ротацијама индукованим сликањем. Обртни угловни момент је повезан са специфичном просторном расподелом светлосног поља.

Греда са орбиталном кугличном моментом може се генерирати ротирајућом Дове призму, али то захтијева врло прецизан распоред призма у опсегу оптичких таласа, који је тешко постићи и не може динамички промијенити карактеристике зрака. Употреба холографске технологије превазилази ове недостатке. Омогућава лако освајању светлосних снопова са орбиталним угаоним моментом или специфичним дифракцијским карактеристикама помоћу одговарајућих холограма, као што су Лагуерре-Гауссиан (ЛГ) греде, Бессел Бессел Беам, Хермите-Гауссиан греда итд.

Поред тога, нове замке светлости створене холографским техникама, као што су вјетрове замке светлости, стварају бленде близу поља на интерфејсу који се могу користити за хватање и ротирање металних честица. Године 2008, Мариа Диенеровитз и сар. Универзитета Свети Андреус у Шкотској користио је ЛГ светлост за снимање наноголдних честица. Они су користили зраку у близини површинске плазмонске резонанце како би ограничили честице злата у подручје тамног поља ЛГ светлости и користили орбитални угао фотона. Пренос моменте, остварујући ротацију два наноделца од 100 нм злата заробљених у оптичком замку истовремено.

2 Мулти-честични сложени покрет

Сила настала коришћењем технологије оптичке корекције оптичких таласа може постићи брзу контролу у многим областима науке, технологије и инжењерских апликација. На пример, холографске отворе могу динамички заробити и манипулисати више честица у реалном времену. Јесацхер и сар. Медицинског факултета у Инсбруку у Аустрији спровели су опсежна истраживања о корисности модулатора просторних светлости течног кристала ради стварања сложених светлосних таласа. Они заузимају и манипулишу микроскопским диелектричним пелетима у унапред конфигурисаним оптичким заменама засебно контролишући амплитуду и фазу оптичког поља. Промена амплитуде и фазе светлосног поља не само да може да реализује светлосне замке специјалних облика као што су крст, правоугаоник и круг, већ и контролу кретања честица на одређеним стазама. У принципу, могуће је извршити замка честица у свијетлим замкама произвољних облика. Контрола.

3 Друге примене холограма

Комплексна отвора формирана холографском техником има важну вредност примене у различитим приликама као што је хватање и манипулисање микроскопским честицама или атома, јер је прилагодљивији од уобичајених отвора који могу само контролисати амплитуду оптичког поља. На пример, холографска дијафрагма створена посебном фазном плочом може преносити, сортирати или контролисати агрегацију ситних честица.

Тренутно холографска поља са отвором до 400 оптичких замки могу се добити помоћу холографске технологије. У комбинацији са компјутерском технологијом, карактеристике појединачних оптичких замки се такође могу динамички мијењати. Ствари у реалном времену које се генеришу тако могу да ухвате покретне и високо распршене објекте као што су вируси, мали колоиди и пливање бактерија. Поред тога, могу се генерисати и линеарне, Бесселове оптичке замке и оптичке вретенске замке са угаоним моментом. Ове необичне светлосне замке омогућавају подешавање, окретање, окретање и стварање кружних објеката у равни или оптичкој оси, као и друге атипичне манипулације. Ове студије додатно су прошириле обим примене холографских отвора, чинећи га дивним радом у истраживачкој дворани.

Холографске отворе карактеришу слобода контроле вишеструких честица, што олакшава фузију, адсорпцију и интеракције између честица или површина. На пример, вирус се имплантира у ћелије или се сперматозо имплантира у ћелије јаја, а интермолекуларна везива сила се детектује коришћењем вишефункционалних куглица и површина. Посматрајући понашање објекта у замку светлости, могуће је тачно мерити карактеристике објекта или околине. Затворац са више бунара може да се простира или савија материјал на интерфејсима између појединачних молекула и ћелијских мембрана и флуида. Овакви експерименти могу добити информације о еластичном модулу, површинској енергији и сили адсорпције у многим системима, ау исто време поједноставити проучавање механичких својстава микро-скале. Холографске отворе се могу користити за склапање одређених структура. Са флуоресцентном или рефлектованом осветљеношћу, специфични материјал се може видети и поставити на прозирну подлогу или електроду. Холографске отворе могу организовати многе материјале са новим физичким или оптичким својствима у три димензије. Потенцијалне примене су изградња фотонских кристалних појасева, израда биолошких или наносних електронских компоненти и депоновање различитих материјала на електроде како би се измериле њихове електричне особине. Током 2007. године научници у Сједињеним Државама користили су инфрацрвено светло за контролу кретања честица на силиконској вафли. Одабрали су силиконску плочицу одговарајуће дебљине и концентрације допинга тако да може продрети у инфрацрвено светло и може се открити од стране ЦЦД-а. Ова технологија проба кроз уско грло традиционалног хватања честица у течној фази. Ако комбинујете холографску мембранску технологију, можете саставити неке значајне структуре на одређеним чврстим површинама.

Конкретно, пре проналаска холографске отворе, технологија дијафрагме отвора фокусира се углавном на основно истраживање појединачних честица, а предност холографске отворе у манипулацији вишеструким честицама отвара практичну примену оптичких пинцета у индустријске индустријске производња. Нова ситуација.

Примери производа

Тренутно комерцијално доступни апертурни системи углавном користе АОД, а систем холографске отворе Меадовларк (БНС) ЦУБЕ је једини комерцијални систем холографске отворе. Његова структура је следећа:

У поређењу са другим отвором помоћу АОД, Меадовларк (БНС) холографски систем отвора бленде ЦУБЕ има следеће карактеристике:

1. Тренутно, комерцијално доступни системи са више отвора, сви користе АОД (хигх-спеед модулацију) ласере да формирају различите замке светлости, а могу се руковати само дводимензионалним (к, и-правац) авионима као што је превођење. Модулатор просторног светла течног кристала може модулирати интензитет и фазу светлости и представља праву манипулацију 3Д. Не само превод, већ и тродимензионална ротација и друга манипулација честица и ћелија.

2. Пошто светлост може бити подешена на фазу, модулатор просторног свјетла течног кристала може исправити разлику фазе, подесити ласерску тачку и учинити дистрибуцију свјетлости далеко идеалнијом.

(а) Фазни дијаграми који се користе за исправљање разлика у фазама које су учитане на СЛМ (б) Светлост за пред-корекцију (ц) Коригована светлосна тачка

3. Модулатор просторне светлости са течним кристалима (СЛМ) има ефикасност дифракције већа од 90%, већа од АОД и има већу искоришћеност ласера.

4. За разлику од АОД-а који формира вишеструке замке светлости кроз брзу комутацију, модулатор сјајног светлосног кристала (СЛМ) може истовремено генерисати вишеструке фокусиране греде, а свака греда формира засебну замаху светлости, тако да светлост Стабилан облик замка је боља.