雷竞技(RAYBET)的官方网站雷竞技(RAYBET)的官方网站430079 湖北省武汉市洪山区珞瑜路152号华中师范大学物理科学与技术研究所

　　本发明涉及一种激光光镊显微镜，包括镜筒、图像传感器、显微物镜、可上下移动载物台、载物基片、支架和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体上的数字光学位相共轭装置，镜筒固定在支架上，可上下移动载物台通过齿条连接在支架上，载物基片放置在可上下移动载物台上，用于对放置在载物基片上的物体进行放大成像的显微物镜安装在镜筒的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器设置在镜筒内并位于显微物镜上方。本发明提高光镊的聚焦精度和定位精度；无需精密机械马达，提高光镊的移动速度；可增加光镊数目，并对任意一个激光光镊进行独立操作，通过多个光镊的配合实现高精度复杂微观操作。

　　1： 一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 包括镜筒 （6） 、 图像传感器 （7） 、 显微物镜 （8） 、 可 上下移动载物台 （9） 、 载物基片 （13） 、 支架 （14） 和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体 （10） 上的数字光学位相共轭装置 （5） ， 镜筒 （6） 固定在支架 （14） 上， 可上下移动载物台 （9） 通过齿条连接在支架 （14） 上， 载物基片 （13） 放置在可上下移动载物台 （9） 上， 用于对放置 在载物基片 （13） 上的物体 （10） 进行放大成像的显微物镜 （8） 安装在镜筒 （6） 的底部， 用于 记录放大显微图像的图像传感器 （7） 设置在镜筒 （6） 内并位于显微物镜 （8） 上方。

　　2： 根据权利要求 1 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 所述的载物基片 （13） 为 透明载物基片， 数字光学位相共轭装置 （5） 放置在可上下移动载物台 （9） 的下方， 使得数字 光学位相共轭装置 （5） 产生的激光光镊穿过载物基片 （13） 后聚焦在物体 （10） 上。

　　3： 根据权利要求 2 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 所述的数字光学位相共 轭装置 （5） 采用可调谐激光光源或可调强度激光光源。

　　4： 根据权利要求 3 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 所述的图像传感器 （7） 前 面放置有滤波片 （11） 。

　　5： 根据权利要求 3 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 所述的图像传感器 （7） 前 面放置有光学衰减片 （12） 。

　　6： 根据权利要求 4 或 5 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 所述的载物基片 （13） 通过折射率匹配液直接贴在数字光学位相共轭装置 （5） 的绝热锥形光波导的细端。

　　7： 根据权利要求 1 所述的一种激光光镊显微镜， 其特征在于 ： 还包括半透半反镜 （15） ， 半透半反镜 （15） 设置在镜筒 （6） 内， 并位于显微物镜 （8） 和图像传感器 （7） 之间， 半透半反 镜 （15） 的反射面与显微物镜 （8） 的光轴成 45 度放置， 数字光学位相共轭装置 （5） 设置在镜 筒的侧边， 使得数字光学位相共轭装置 （5） 产生的激光光镊经过半透半反镜 （15） 反射和显 微物镜 （8） 折射后从上方聚焦到放置在载物基片 （13） 上的物体 （10） 。

　　技术领域 本发明属于显微光学和纳米技术领域， 更具体地涉及一种激光光镊显微镜， 适用 于细胞、 DNA、 纳米颗粒、 纳米结构的操控、 搬运、 测试、 组装、 加工， 以及显微三维测量。

　　背景技术 在生命科学、 化学、 纳米科技等领域需要对微小物体， 如细胞核、 DNA 链、 分子基 团、 微机械结构等进行各种操控和测试， 如搬运、 切割、 剥离、 嫁接、 注入、 组装、 固化、 激活、 荧光检测、 电泳检测等， 常见微观操控手段包括机械探针、 分子钳、 光镊等， 其中机械探针 可以对细胞进行穿刺 ； 分子钳可以把细胞吸附在毛细管前端， 定量测量细胞膜的离子通 道； 光镊可以依靠聚焦光斑中剧烈变化的梯度光场捕获并移动微小颗粒， 同时还可利用 高能光场诱导化学反应， 进行固化、 激活等 ( 参见 D.G.Grier， A revolution in optical manipulation， Nature， Vol.424， pp.810-816， 2003)。其中光镊无需任何机械接触， 在微小 物体的操控测试领域具有广阔应用前景。 但目前各种产生光镊的方法在聚焦精度、 移动、 定 位精度与速度、 光镊数目等方面还未达到最理想状态。例如采用显微物镜聚焦方式来形成 光镊， 并通过精密机械移动光镊， 光镊数目太少， 机械定位精度和速度低， 不利于复杂微观 操作。随着全息技术和空间光调制器的引入， 通过对光学波前的控制来制作阵列光镊成为 可能。 但利用全息干板一般只能产生静态光镊， 虽然光镊的数目可增加很多， 但如何动态移 动光镊， 特别是按照任意路径各自独立地移动每一根光镊非常困难， 因为全息干板上的干 涉条纹是固定的。利用空间光调制器虽然可以通过光学波前控制来动态产生和移动光镊， 但精度还受到一定程度的限制， 因为空间光调制器的每个像素的尺寸一般远远大于光学波 长。

　　本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足， 在于提供了一种聚焦精度高， 定 位准确的激光光镊显微镜。

　　一种激光光镊显微镜， 包括镜筒、 图像传感器、 显微物镜、 可上下移动载物台、 载物 基片、 支架和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体上的数字光学位相共轭装置， 镜筒固 定在支架上， 可上下移动载物台通过齿条连接在支架上， 载物基片放置在可上下移动载物 台上， 用于对放置在载物基片上的物体进行放大成像的显微物镜安装在镜筒的底部， 用于 记录放大显微图像的图像传感器设置在镜筒内并位于显微物镜上方。

　　如上所述的载物基片为透明载物基片， 数字光学位相共轭装置放置在可上下移动 载物台的下方， 使得数字光学位相共轭装置产生的激光光镊穿过载物基片后聚焦在物体 上。

　　如上所述的图像传感器前面放置有滤波片。如上所述的图像传感器前面放置有光学衰减片。

　　如上所述的载物基片通过折射率匹配液直接贴在数字光学位相共轭装置的绝热 锥形光波导的细端。

　　作为一种优选方案， 一种激光光镊显微镜， 还包括半透半反镜， 半透半反镜设置在 镜筒内， 并位于显微物镜和图像传感器之间， 半透半反镜的反射面与显微物镜的光轴成 45 度放置， 数字光学位相共轭装置设置在镜筒的侧边， 使得数字光学位相共轭装置产生的激 光光镊经过半透半反镜反射和显微物镜折射后从上方聚焦到放置在载物基片上的物体。

　　3、 可增加光镊数目， 并对任意一个激光光镊进行独立操作， 通过多个光镊的配合 实现高精度复杂微观操作 ；

　　(1) 数字光学位相共轭装置 ： 它主要由激光光源、 复振幅空间光调制器 1、 耦合器 2、 绝热锥形光波导 3 和光学镜头 4 组成， 它基于光路可逆性原理实现光学波前的实时数字 再构 ( 如图 1 所示 )， 更详细的原理参见发明 ( 专利号 ： ZL7.4) 中的解释。 本发明的原理 ： 光镊实际上是一个聚焦在空中的光斑， 从光斑中心向外光波场剧 烈变化， 而偶极子在梯度光场中会自动向强场方向移动， 因此光镊可以把微小颗粒囚禁在 聚焦光斑中， 如果光镊位置发生移动， 会带动所囚禁的微小颗粒一起移动。 既然光镊只是一 个聚焦光斑， 光镊的产生也就可以归结为光学波前的重建。 发明人的前一项发明 “主动光学 位相共轭方法及装置 ( 专利号 ： ZL7.4)” 提出了一种新的高精度光学波前实时 数字重建方法， 其基本原理基于光路的可逆性。该发明借助一个绝热锥形光波导把复杂入 射光波分解并逐步引导到一系列彼此互相隔离的单模光波导， 然后采用空间光调节器在这 些彼此隔离的单模光波导中再构出与输入光波共轭的光波， 这些共轭光波逆向通过同一绝 热锥形光波导， 就可重建出与原始光学波前形状完全相同的光波。

　　一个数字光学位相共轭装置， 其结构如图 1 所示。它主要由相干照明光源、 复振 幅空间光调节器 1、 耦合器 2、 绝热锥形光波导束 3 和放大透镜 4 组成， 波长为 λ 的相干照 明光源经过空间光调节器 1 的逐像素振幅和位相调节后， 通过微透镜阵列耦合器 2 进入绝 热锥形光波导束 3 的粗端， 在彼此隔离的每根单模光波导中产生特定复振幅的共轭光场， 这些共轭光波逆向传播， 并从锥形绝热光波导 3 的细端出射， 再经放大透镜 4 聚焦后， 可在 空间预定位置产生激光光斑。锥形绝热光波导 3 的细端直径一般在零点几毫米到几毫米， 可以直接放置尺寸较小的样品， 此时可去掉放大透镜 4， 而且离锥形绝热光波导 3 的细端越 近， 分辨率越高， 即聚焦精度越高。一个数字光学位相共轭装置工作前需要进行标定， 即把 单个激光点光源， 或单个聚焦光斑从不同预定位置射向数字光学位相共轭装置前端的放大 透镜 4 或直接射向锥形绝热光波导 3 的细端， 并测量从绝热锥形光波导束 3 的粗端的每根 单模光波导中出射的基模光场的复振幅， 记录备用。当需要在特定位置产生一个激光光斑 时， 调出预先记录的针对该位置的基模光场的复振幅， 对其取共轭， 并通过复振幅空间光调 节器 2 在每根单模光波导中产生上述共轭基模光场， 基于光路可逆性原理， 即可在指定位

　　置重建出一个激光光斑， 即激光光镊。 当需要同时产生许多个激光光斑时， 利用系统的线性 性， 把针对每个激光光斑的复振幅累加再取共轭即可。计算分析表明， 采用 8 位精度空间光 调制器可同时产生 1 万个以上激光光斑， 且每个激光光斑的空间位置和强度独立调节， 这 表明采用数字光学位相共轭装置可以产生非常复杂的光镊阵列， 且每个光镊的位置可独立 移动， 通过相关控制软件使得许多光镊互相配合就可进行复杂纳米手术， 对 DNA、 细胞进行 人工裁剪和改造， 或对化学基团进行人工组装、 分离等。

　　利用数字光学位相共轭原理产生激光光镊的一大好处是精度高。 由于光路的可逆 性， 它不存在普通光学透镜系统的像差， 仅受衍射极限的限制， 其分辨率， 也就是激光光镊 的最小聚焦直径可用下式表示，

　　式 (1) 中 θ 是成像激光束的锥角， 如图 1 所示， 它可由绝热光波导的临界入射角 θc 确定， tg(θ)/tg(θc) ＝ L1/L2 ＝ A1B1/A2B2 ＝ 1/βx， 这里 βx 是光学系统的横向放 大倍率。如果采用具有 1920×1080 个像素的空间光调节器， 在 1 毫米距离内， 聚焦激光斑 点的直径一般小于 1 微米 ； 在锥形绝热光波导 3 的细端附近分辨率可达到半波长， 在锥形绝 热光波导 3 的细端表面的倏逝波场内， 即 3 倍波长范围内， 分辨率可小于半波长。

　　采用数字光学位相共轭装置产生激光光镊， 同时用一台数字光学显微镜实时监测 激光光镊的大小与位置就可构建一套基于数字光学位相共轭的激光光镊显微镜。 如果让强 度减弱的激光光镊上下扫描还可以检测微小颗粒的高度， 因为当激光光镊恰好落在物体表 面时， 位于数字显微物镜像面的图像传感器拍摄到的激光像斑的直径最小， 此时预先设定 的激光光镊的位置就代表了微小颗粒的高度。 逐步增加激光光镊的强度并使其上下或左右 扫描， 监测微小颗粒随激光光镊的运动可测量微小颗粒的机械特性及其与邻近粒子的相互 作用力强弱等。进一步给数字光学位相共轭装置配备可调谐激光光源， 可有选择地激发特 定分子基团， 使其发荧光或电离 ； 通过数字光学显微镜的图像传感器可检测荧光分布 ； 再 进一步采用制备有电极的载物基片可通过电泳等方式测量、 分离不同性质的离子等。综合 以上各种功能就可以搭建一套基于数字光学位相共轭的多功能激光光镊显微镜。

　　图 1 为数字光学位相共轭装置结构示意图。 图 2 为一种激光光镊显微镜工作在透射模式的实施例示意图。 图 3 为一种激光光镊显微镜工作在反射模式的实施例示意图。具体实施方式

　　图 2 给出了一种激光光镊显微镜工作在反射模式的的结构示意图。 它包括镜筒 6、 图像传感器 7、 显微物镜 8、 可上下移动载物台 9、 载物基片 13、 支架 14 和用于产生激光光镊 并将光镊聚焦到物体 10 上的数字光学位相共轭装置 5， 镜筒 6 固定在支架 14 上， 可上下移 动载物台 9 通过齿条连接在支架 14 上， 载物基片 13 放置在可上下移动载物台 9 上， 用于对放置在载物基片 13 上的物体 10 进行放大成像的显微物镜 8 安装在镜筒 6 的底部， 用于记 录放大显微图像的图像传感器 7 设置在镜筒 6 内并位于显微物镜 8 上方。由于数字光学位 相共轭装置 5 与数字光学显微镜头 6 的载物台 9 固定在一起， 当载物台 9 带着载物基片 13 和物体 10 上下移动时， 数字光学位相共轭装置 5 也随之移动， 这样保证数字光学位相共轭 装置 5 及其所产生的光镊和物体 10 的相对位置固定不变。图像传感器 7 可用于监测光镊 的大小和位置， 同时寻找待操控的微粒。

　　如图 2 所示， 图像传感器 7 前面还放置有光学衰减片 12， 其作用是当激光光镊很亮 时， 用于减弱信号光波， 避免图像传感器 7 饱和。

　　为了方便， 图 2 中数字光学位相共轭装置 5 未画出其全部结构， 只画出了其绝热锥 形光波导的细端。 同时考虑到物体很近， 去掉了绝热锥形光波导细端前的光学透镜 4。 为了 进一步提高分辨率， 减小激光光镊的直径， 可让透明载物基片 13 通过折射率匹配液直接贴 在数字光学位相共轭装置 5 的绝热锥形光波导的细端。

　　对于图 2 所示数字光学位相共轭装置 5， 在激光功率固定不变的情况下， 可以通过 空间光调制器调整激光光镊的强度。进一步为了增加激光光镊功率的动态调整范围， 可采 用可调强度激光光源， 这样可根据所操纵的微小颗粒的不同选择最恰当的激光功率。 同时图 2 中数字光学位相共轭装置 5 还可采用可调谐激光光源， 在一定范围内调 节激光的波长， 用于选择性地激发、 电离不同分子基团。当激发后的微小颗粒发出荧光时， 可在数字光学显微镜头 6 的图像传感器 7 前面放置一块滤波片 11， 用于遮挡激发光， 透射荧 光， 提高所拍摄荧光图像的信噪比。另外可设计一个简单的机械结构实现滤波片 11 以及前 述光学衰减片 12 的插入和移开。

　　图 3 给出了一种激光光镊显微镜工作在反射模式的结构示意图， 与图 2 给出的工 作在透射模式的激光光镊显微镜相比， 它还包括半透半反镜 15， 半透半反镜 15 设置在镜筒 6 内， 并位于显微物镜 8 和图像传感器 7 之间， 半透半反镜 15 的反射面与显微物镜 8 的光轴 成 45 度放置， 数字光学位相共轭装置 5 设置在镜筒的侧边， 使得数字光学位相共轭装置 5 产生的激光光镊经过半透半反镜 15 反射和显微物镜 8 折射后从上方聚焦到放置在载物基 片 13 上的物体 10。

　　与图 2 所示装置相比， 其最大不同在于把激光光镊从上方聚焦到物体 10。如果在 对数字光学位相共轭装置 5 进行标定时是在空中进行的， 则激光光镊射入物体后的实际位 置会有一些变化， 可根据物体的折射率进行预补偿。 相对而言， 激光光镊从上方进入物体 10 比从下方穿过整个透明载物基片 13 和物体 10 所受影响要小一些， 但从上方入射时必须考 虑物镜 8 的影响， 要针对每个物镜对数字光学位相共轭装置 5 进行标定。

　　与图 2 所示装置一样， 图 3 中的数字光学位相共轭装置 5 也可采用可调强度和可 调谐激光光源， 数字光学显微镜头 6 的图像传感器 7 前面也可放置滤波片 11 和光学衰减片 12。当采用特定波长激光光源或可调谐激光光源来有选择性激发特定分子基团， 使之电离 时， 还可结合电泳效应来检测电离后的离子特性等。

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　　2、动载物台、载物基片、支架和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体上的数字光学位相共轭装置，镜筒固定在支架上，可上下移动载物台通过齿条连接在支架上，载物基片放置在可上下移动载物台上，用于对放置在载物基片上的物体进行放大成像的显微物镜安装在镜筒的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器设置在镜筒内并位于显微物镜上方。本发明提高光镊的聚焦精度和定位精度；无需精密机械马达，提高光镊的移动速度；可增加光镊数目，并对任意一个激光光镊进行独立操作，通过多个光镊的配合实现高精度复杂微观操作。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页。

　　3、CN 102436069 A 1/1页21.一种激光光镊显微镜，其特征在于：包括镜筒（6）、图像传感器（7）、显微物镜（8）、可上下移动载物台（9）、载物基片（13）、支架（14）和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体（10）上的数字光学位相共轭装置（5），镜筒（6）固定在支架（14）上，可上下移动载物台（9）通过齿条连接在支架（14）上，载物基片（13）放置在可上下移动载物台（9）上，用于对放置在载物基片（13）上的物体（10）进行放大成像的显微物镜（8）安装在镜筒（6）的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器（7）设置在镜筒（6）内并位于显微物镜（8）上方。2.根据权利要求1所述的一种激光光。

　　4、镊显微镜，其特征在于：所述的载物基片（13）为透明载物基片，数字光学位相共轭装置（5）放置在可上下移动载物台（9）的下方，使得数字光学位相共轭装置（5）产生的激光光镊穿过载物基片（13）后聚焦在物体（1 0）上。3.根据权利要求2所述的一种激光光镊显微镜，其特征在于：所述的数字光学位相共轭装置（5）采用可调谐激光光源或可调强度激光光源。4.根据权利要求3所述的一种激光光镊显微镜，其特征在于：所述的图像传感器（7）前面放置有滤波片（11）。5.根据权利要求3所述的一种激光光镊显微镜，其特征在于：所述的图像传感器（7）前面放置有光学衰减片（12）。6.根据权利要求4或5所述的一种激光光镊显微镜，其。

　　5、特征在于：所述的载物基片（13）通过折射率匹配液直接贴在数字光学位相共轭装置（5）的绝热锥形光波导的细端。7.根据权利要求1所述的一种激光光镊显微镜，其特征在于：还包括半透半反镜（15），半透半反镜（15）设置在镜筒（6）内，并位于显微物镜（8）和图像传感器（7）之间，半透半反镜（15）的反射面与显微物镜（8）的光轴成45度放置，数字光学位相共轭装置（5）设置在镜筒的侧边，使得数字光学位相共轭装置（5）产生的激光光镊经过半透半反镜（15）反射和显微物镜（8）折射后从上方聚焦到放置在载物基片（13）上的物体（10）。权 利 要 求 书CN 102436063 ACN 102436069 A 1/。

　　6、4页3一种激光光镊显微镜技术领域0001 本发明属于显微光学和纳米技术领域，更具体地涉及一种激光光镊显微镜，适用于细胞、DNA、纳米颗粒、纳米结构的操控、搬运、测试、组装、加工，以及显微三维测量。背景技术0002 在生命科学、化学、纳米科技等领域需要对微小物体，如细胞核、DNA链、分子基团、微机械结构等进行各种操控和测试，如搬运、切割、剥离、嫁接、注入、组装、固化、激活、荧光检测、电泳检测等，常见微观操控手段包括机械探针、分子钳、光镊等，其中机械探针可以对细胞进行穿刺；分子钳可以把细胞吸附在毛细管前端，定量测量细胞膜的离子通道；光镊可以依靠聚焦光斑中剧烈变化的梯度光场捕获并移动微小颗粒，同时还。

　　7、可利用高能光场诱导化学反应，进行固化、激活等(参见D.G.Grier，A revolution in optical manipulation，Nature，Vol.424，pp.810-816，2003)。其中光镊无需任何机械接触，在微小物体的操控测试领域具有广阔应用前景。但目前各种产生光镊的方法在聚焦精度、移动、定位精度与速度、光镊数目等方面还未达到最理想状态。例如采用显微物镜聚焦方式来形成光镊，并通过精密机械移动光镊，光镊数目太少，机械定位精度和速度低，不利于复杂微观操作。随着全息技术和空间光调制器的引入，通过对光学波前的控制来制作阵列光镊成为可能。但利用全息干板一般只能产生静态光镊，虽。

　　8、然光镊的数目可增加很多，但如何动态移动光镊，特别是按照任意路径各自独立地移动每一根光镊非常困难，因为全息干板上的干涉条纹是固定的。利用空间光调制器虽然可以通过光学波前控制来动态产生和移动光镊，但精度还受到一定程度的限制，因为空间光调制器的每个像素的尺寸一般远远大于光学波长。发明内容0003 本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足，在于提供了一种聚焦精度高，定位准确的激光光镊显微镜。0004 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：0005 一种激光光镊显微镜，包括镜筒、图像传感器、显微物镜、可上下移动载物台、载物基片、支架和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体上的数字光学位相共轭装置，镜筒固定。

　　9、在支架上，可上下移动载物台通过齿条连接在支架上，载物基片放置在可上下移动载物台上，用于对放置在载物基片上的物体进行放大成像的显微物镜安装在镜筒的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器设置在镜筒内并位于显微物镜上方。0006 如上所述的载物基片为透明载物基片，数字光学位相共轭装置放置在可上下移动载物台的下方，使得数字光学位相共轭装置产生的激光光镊穿过载物基片后聚焦在物体上。0007 如上所述的数字光学位相共轭装置采用可调谐激光光源或可调强度激光光源。0008 如上所述的图像传感器前面放置有滤波片。说 明 书CN 102436063 ACN 102436069 A 2/4页40009 如上所述的图。

　　10、像传感器前面放置有光学衰减片。0010 如上所述的载物基片通过折射率匹配液直接贴在数字光学位相共轭装置的绝热锥形光波导的细端。0011 作为一种优选方案，一种激光光镊显微镜，还包括半透半反镜，半透半反镜设置在镜筒内，并位于显微物镜和图像传感器之间，半透半反镜的反射面与显微物镜的光轴成45度放置，数字光学位相共轭装置设置在镜筒的侧边，使得数字光学位相共轭装置产生的激光光镊经过半透半反镜反射和显微物镜折射后从上方聚焦到放置在载物基片上的物体。0012 与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：0013 1、提高光镊的聚焦精度和定位精度；0014 2、无需精密机械马达，提高光镊的移动速度；001。

　　11、5 3、可增加光镊数目，并对任意一个激光光镊进行独立操作，通过多个光镊的配合实现高精度复杂微观操作；0016 4、可通过软件进行数字控制，使用简单，操作方便。0017 本说明书中所用术语说明：0018 (1)数字光学位相共轭装置：它主要由激光光源、复振幅空间光调制器1、耦合器2、绝热锥形光波导3和光学镜头4组成，它基于光路可逆性原理实现光学波前的实时数字再构(如图1所示)，更详细的原理参见发明(专利号：ZL7.4)中的解释。0019 本发明的原理：光镊实际上是一个聚焦在空中的光斑，从光斑中心向外光波场剧烈变化，而偶极子在梯度光场中会自动向强场方向移动，因此光镊可以把微小颗。

　　12、粒囚禁在聚焦光斑中，如果光镊位置发生移动，会带动所囚禁的微小颗粒一起移动。既然光镊只是一个聚焦光斑，光镊的产生也就可以归结为光学波前的重建。发明人的前一项发明“主动光学位相共轭方法及装置(专利号：ZL7.4)”提出了一种新的高精度光学波前实时数字重建方法，其基本原理基于光路的可逆性。该发明借助一个绝热锥形光波导把复杂入射光波分解并逐步引导到一系列彼此互相隔离的单模光波导，然后采用空间光调节器在这些彼此隔离的单模光波导中再构出与输入光波共轭的光波，这些共轭光波逆向通过同一绝热锥形光波导，就可重建出与原始光学波前形状完全相同的光波。0020 一个数字光学位相共轭装置，其结构如。

　　13、图1所示。它主要由相干照明光源、复振幅空间光调节器1、耦合器2、绝热锥形光波导束3和放大透镜4组成，波长为的相干照明光源经过空间光调节器1的逐像素振幅和位相调节后，通过微透镜阵列耦合器2进入绝热锥形光波导束3的粗端，在彼此隔离的每根单模光波导中产生特定复振幅的共轭光场，这些共轭光波逆向传播，并从锥形绝热光波导3的细端出射，再经放大透镜4聚焦后，可在空间预定位置产生激光光斑。锥形绝热光波导3的细端直径一般在零点几毫米到几毫米，可以直接放置尺寸较小的样品，此时可去掉放大透镜4，而且离锥形绝热光波导3的细端越近，分辨率越高，即聚焦精度越高。一个数字光学位相共轭装置工作前需要进行标定，即把单个激光点光。

　　14、源，或单个聚焦光斑从不同预定位置射向数字光学位相共轭装置前端的放大透镜4或直接射向锥形绝热光波导3的细端，并测量从绝热锥形光波导束3的粗端的每根单模光波导中出射的基模光场的复振幅，记录备用。当需要在特定位置产生一个激光光斑时，调出预先记录的针对该位置的基模光场的复振幅，对其取共轭，并通过复振幅空间光调节器2在每根单模光波导中产生上述共轭基模光场，基于光路可逆性原理，即可在指定位说 明 书CN 102436063 ACN 102436069 A 3/4页5置重建出一个激光光斑，即激光光镊。当需要同时产生许多个激光光斑时，利用系统的线性性，把针对每个激光光斑的复振幅累加再取共轭即可。计算分析表明，。

　　15、采用8位精度空间光调制器可同时产生1万个以上激光光斑，且每个激光光斑的空间位置和强度独立调节，这表明采用数字光学位相共轭装置可以产生非常复杂的光镊阵列，且每个光镊的位置可独立移动，通过相关控制软件使得许多光镊互相配合就可进行复杂纳米手术，对DNA、细胞进行人工裁剪和改造，或对化学基团进行人工组装、分离等。0021 利用数字光学位相共轭原理产生激光光镊的一大好处是精度高。由于光路的可逆性，它不存在普通光学透镜系统的像差，仅受衍射极限的限制，其分辨率，也就是激光光镊的最小聚焦直径可用下式表示，0022 0023 式(1)中是成像激光束的锥角，如图1所示，它可由绝热光波导的临界入射角c确定，tg()。

　　16、/tg(c)L1/L2A1B1/A2B21/x，这里x是光学系统的横向放大倍率。如果采用具有19201080个像素的空间光调节器，在1毫米距离内，聚焦激光斑点的直径一般小于1微米；在锥形绝热光波导3的细端附近分辨率可达到半波长，在锥形绝热光波导3的细端表面的倏逝波场内，即3倍波长范围内，分辨率可小于半波长。0024 采用数字光学位相共轭装置产生激光光镊，同时用一台数字光学显微镜实时监测激光光镊的大小与位置就可构建一套基于数字光学位相共轭的激光光镊显微镜。如果让强度减弱的激光光镊上下扫描还可以检测微小颗粒的高度，因为当激光光镊恰好落在物体表面时，位于数字显微物镜像面的图像传感器拍摄到的激。

　　17、光像斑的直径最小，此时预先设定的激光光镊的位置就代表了微小颗粒的高度。逐步增加激光光镊的强度并使其上下或左右扫描，监测微小颗粒随激光光镊的运动可测量微小颗粒的机械特性及其与邻近粒子的相互作用力强弱等。进一步给数字光学位相共轭装置配备可调谐激光光源，可有选择地激发特定分子基团，使其发荧光或电离；通过数字光学显微镜的图像传感器可检测荧光分布；再进一步采用制备有电极的载物基片可通过电泳等方式测量、分离不同性质的离子等。综合以上各种功能就可以搭建一套基于数字光学位相共轭的多功能激光光镊显微镜。附图说明0025 图1为数字光学位相共轭装置结构示意图。0026 图2为一种激光光镊显微镜工作在透射模式的实施。

　　18、例示意图。0027 图3为一种激光光镊显微镜工作在反射模式的实施例示意图。具体实施方式0028 以下结合附图对本发明的技术方案进行进一步详细说明：0029 实施例1：0030 图2给出了一种激光光镊显微镜工作在反射模式的的结构示意图。它包括镜筒6、图像传感器7、显微物镜8、可上下移动载物台9、载物基片13、支架14和用于产生激光光镊并将光镊聚焦到物体10上的数字光学位相共轭装置5，镜筒6固定在支架14上，可上下移动载物台9通过齿条连接在支架14上，载物基片13放置在可上下移动载物台9上，用于对说 明 书CN 102436063 ACN 102436069 A 4/4页6放置在载物基片13上的物。

　　19、体10进行放大成像的显微物镜8安装在镜筒6的底部，用于记录放大显微图像的图像传感器7设置在镜筒6内并位于显微物镜8上方。由于数字光学位相共轭装置5与数字光学显微镜头6的载物台9固定在一起，当载物台9带着载物基片13和物体10上下移动时，数字光学位相共轭装置5也随之移动，这样保证数字光学位相共轭装置5及其所产生的光镊和物体10的相对位置固定不变。图像传感器7可用于监测光镊的大小和位置，同时寻找待操控的微粒。0031 如图2所示，图像传感器7前面还放置有光学衰减片12，其作用是当激光光镊很亮时，用于减弱信号光波，避免图像传感器7饱和。0032 为了方便，图2中数字光学位相共轭装置5未画出其全部结构。

　　20、，只画出了其绝热锥形光波导的细端。同时考虑到物体很近，去掉了绝热锥形光波导细端前的光学透镜4。为了进一步提高分辨率，减小激光光镊的直径，可让透明载物基片13通过折射率匹配液直接贴在数字光学位相共轭装置5的绝热锥形光波导的细端。0033 对于图2所示数字光学位相共轭装置5，在激光功率固定不变的情况下，可以通过空间光调制器调整激光光镊的强度。进一步为了增加激光光镊功率的动态调整范围，可采用可调强度激光光源，这样可根据所操纵的微小颗粒的不同选择最恰当的激光功率。0034 同时图2中数字光学位相共轭装置5还可采用可调谐激光光源，在一定范围内调节激光的波长，用于选择性地激发、电离不同分子基团。当激发后的。

　　21、微小颗粒发出荧光时，可在数字光学显微镜头6的图像传感器7前面放置一块滤波片11，用于遮挡激发光，透射荧光，提高所拍摄荧光图像的信噪比。另外可设计一个简单的机械结构实现滤波片11以及前述光学衰减片12的插入和移开。0035 实施例2：0036 图3给出了一种激光光镊显微镜工作在反射模式的结构示意图，与图2给出的工作在透射模式的激光光镊显微镜相比，它还包括半透半反镜15，半透半反镜15设置在镜筒6内，并位于显微物镜8和图像传感器7之间，半透半反镜15的反射面与显微物镜8的光轴成45度放置，数字光学位相共轭装置5设置在镜筒的侧边，使得数字光学位相共轭装置5产生的激光光镊经过半透半反镜15反射和显微物。

　　22、镜8折射后从上方聚焦到放置在载物基片13上的物体10。0037 与图2所示装置相比，其最大不同在于把激光光镊从上方聚焦到物体10。如果在对数字光学位相共轭装置5进行标定时是在空中进行的，则激光光镊射入物体后的实际位置会有一些变化，可根据物体的折射率进行预补偿。相对而言，激光光镊从上方进入物体10比从下方穿过整个透明载物基片13和物体10所受影响要小一些，但从上方入射时必须考虑物镜8的影响，要针对每个物镜对数字光学位相共轭装置5进行标定。0038 与图2所示装置一样，图3中的数字光学位相共轭装置5也可采用可调强度和可调谐激光光源，数字光学显微镜头6的图像传感器7前面也可放置滤波片11和光学衰减片12。当采用特定波长激光光源或可调谐激光光源来有选择性激发特定分子基团，使之电离时，还可结合电泳效应来检测电离后的离子特性等。说 明 书CN 102436063 ACN 102436069 A 1/2页7图1图2说 明 书 附 图CN 102436063 ACN 102436069 A 2/2页8图3说 明 书 附 图CN 102436063 A。