搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

光镊轴向阱位操控及器件安装误差对径向阱位操控的影响

任洪亮 丁攀峰 李小燕

引用本文:
Citation:

光镊轴向阱位操控及器件安装误差对径向阱位操控的影响

任洪亮, 丁攀峰, 李小燕

Influences of axial position manipulation and misalignments of optical elements on radial trap position manipulation

Ren Hong-Liang, Ding Pan-Feng, Li Xiao-Yan
PDF
导出引用
  • 光镊利用光学梯度力捕获和操控微小粒子, 已经成为深入研究生物分子间相互作用等微观机制的独特技术. 光镊光束操控系统一般由扩束输入镜、扩束输出镜、调焦透镜、 耦合透镜和压电转镜等光学元器件组成, 以保证物镜后瞳充满的前提下实现光镊阱位操控. 光镊阱位的三维精确操控是实现光镊位钳和力钳模式的基本条件. 本文根据矩阵光学, 对基于无穷远校正显微镜的光镊操控光路进行计算, 分析扩束输入镜、调焦透镜和物镜轴向位置调整, 以及压电转镜、调焦透镜和耦合透镜安装位置误差对光镊径向阱位操控精度的影响, 得到了物镜高度调整基本不会影响光镊径向位置操控, 压电转镜和调焦透镜的安装位置误差对光镊径向阱位操控精度影响最大等结论, 提出了能够实现径向阱位精确操控的轴向阱位动态操控范围, 为光镊设计和操控提供理论和实验指导.
    Optical tweezers in which a tightly focused laser beam is used to trap micron-sized or nanometer-sized particles have become indispensable tools for measuring the forces and displacements associated with molecular biomechanical events in a noninvasive manner. A complete beam manipulation system is composed of a beam expander input lens, beam expander output lens, focusing lens, piezoelectric translator mirror to control the trap position, with the overfilling degree of the objective entrance aperture retained. The accurate manipulations of trap position in three dimensions are the bases for the realization of the position clamp and force clamp. The optical path of optical tweezers based on infinity corrected conjugate microscope is calculated using matrix optics. The influences on radial trap position manipulation caused by axial position adjustment of focusing lens and objective, and by the installation location error of focusing lens and piezoelectric translator mirror are analyzed. The result shows that axial position adjustment of objective introduces a nominal error in radial trap position manipulation. The misalignments of focusing lens and piezoelectric translator mirror have a greater influence on optical tweezers performances. The theory points out the accurate dynamic axial position adjustment range, which is useful to optical tweezers design and experiments.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61178015)、福建省自然科学基金(批准号: 2012J05120)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: JB-ZR1146) 和厦门市科技计划(批准号: 3502Z20113017)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61178015 ), the Natural Science Foundation of Fujian Province, China (Grant No. 2012J05120), the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ministry of Education of China (Grant No. JB-ZR1146), and the Science and Technology Program of Xiamen, China (Grant No. 3502Z20113017).
    [1]

    Clancy B E, Behnke-Parks W M, Andreasson J O L, Rosenfeld S S, Block S M 2011 Nat. Struct. Mol. Biol. 18 1020

    [2]

    Guydosh N R, Block S M 2009 Nature 461 125

    [3]

    Collin D, Ritort F, Jarzynski C, Smith S B, Tinoco I, Bustamante C 2005 Nature 437 231

    [4]

    Woodside M T, Garcia-Garcia C, Block S M 2008 Curr. Opin. Chem. Biol. 12 640

    [5]

    Qu X H, Wen J D, Lancaster L, Noller H F, Bustamante C, Tinoco I 2011 Nature 475 118

    [6]

    Neuman K C, Nagy A 2008 Nat. Methods 5 491

    [7]

    Phillips D B, Simpson S H, Grieve J A, Gibson G M, Bowman R, Padgett M J, Miles M J, Carberry D M 2011 Opt. Express 19 20622

    [8]

    Preece D, Bowman R, Linnenberger A, Gibson G, Serati S, Padgett M 2009 Opt. Express 17 22718

    [9]

    Ojala H, Korsback A, Wallin A E, Haeggstrom E 2009 Appl. Phys. Lett. 95 181104

    [10]

    Wallin A E, Ojala H, Ziedaite G, Haeggstrom E 2011 Rev. Sci. Instrum. 82 083102

    [11]

    Lang M J, Asbury C L, Shaevitz J W, Block S M 2002 Biophys. J. 83 491

    [12]

    Nambiar R, Gajraj A, Meiners J C 2004 Biophys. J. 87 1972

    [13]

    Fällman E, Axner O 1997 Appl. Opt. 36 2107

    [14]

    Gong Z, Chen H T, Xu S H, Li Y M, Lou L R 2006 Opt. Commun. 263 229

    [15]

    Ren Y X, Wu J G, Chen M, Li H, Li Y M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 028703

    [16]

    Zhou J H, Tao R Z, Hu Z B, Zhong M C, Wang Z Q, Cai J, Li Y M 2009 Chin. Phys. Lett. 26 068701

    [17]

    Yao X C, Li Z L, Guo H L, Cheng B Y, Zhang D Z 2001 Opt. Precision Eng. 1 55 (in Chinese) [姚新程, 李兆霖, 郭红莲, 程丙英, 张道中 2001 光学精密工程 1 55]

    [18]

    Jiang Y Q, Guo H L, Liu C X, Li Z L, Cheng B Y, Zhang D Z, Jia S T 2004 Acta Phys. Sin. 53 1721 (in Chinses) [降雨强, 郭红莲, 刘春香, 李兆霖, 程丙英, 张道中, 贾锁堂 2004 物理学报 53 1721]

    [19]

    Liu C X, Guo H L, Jiang Y Q, Li Z L, Cheng B Y, Zhang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1162 (in Chinese) [刘春香, 郭红莲, 降雨强, 李兆霖, 程丙英, 张道中 2005 物理学报 54 1162]

  • [1]

    Clancy B E, Behnke-Parks W M, Andreasson J O L, Rosenfeld S S, Block S M 2011 Nat. Struct. Mol. Biol. 18 1020

    [2]

    Guydosh N R, Block S M 2009 Nature 461 125

    [3]

    Collin D, Ritort F, Jarzynski C, Smith S B, Tinoco I, Bustamante C 2005 Nature 437 231

    [4]

    Woodside M T, Garcia-Garcia C, Block S M 2008 Curr. Opin. Chem. Biol. 12 640

    [5]

    Qu X H, Wen J D, Lancaster L, Noller H F, Bustamante C, Tinoco I 2011 Nature 475 118

    [6]

    Neuman K C, Nagy A 2008 Nat. Methods 5 491

    [7]

    Phillips D B, Simpson S H, Grieve J A, Gibson G M, Bowman R, Padgett M J, Miles M J, Carberry D M 2011 Opt. Express 19 20622

    [8]

    Preece D, Bowman R, Linnenberger A, Gibson G, Serati S, Padgett M 2009 Opt. Express 17 22718

    [9]

    Ojala H, Korsback A, Wallin A E, Haeggstrom E 2009 Appl. Phys. Lett. 95 181104

    [10]

    Wallin A E, Ojala H, Ziedaite G, Haeggstrom E 2011 Rev. Sci. Instrum. 82 083102

    [11]

    Lang M J, Asbury C L, Shaevitz J W, Block S M 2002 Biophys. J. 83 491

    [12]

    Nambiar R, Gajraj A, Meiners J C 2004 Biophys. J. 87 1972

    [13]

    Fällman E, Axner O 1997 Appl. Opt. 36 2107

    [14]

    Gong Z, Chen H T, Xu S H, Li Y M, Lou L R 2006 Opt. Commun. 263 229

    [15]

    Ren Y X, Wu J G, Chen M, Li H, Li Y M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 028703

    [16]

    Zhou J H, Tao R Z, Hu Z B, Zhong M C, Wang Z Q, Cai J, Li Y M 2009 Chin. Phys. Lett. 26 068701

    [17]

    Yao X C, Li Z L, Guo H L, Cheng B Y, Zhang D Z 2001 Opt. Precision Eng. 1 55 (in Chinese) [姚新程, 李兆霖, 郭红莲, 程丙英, 张道中 2001 光学精密工程 1 55]

    [18]

    Jiang Y Q, Guo H L, Liu C X, Li Z L, Cheng B Y, Zhang D Z, Jia S T 2004 Acta Phys. Sin. 53 1721 (in Chinses) [降雨强, 郭红莲, 刘春香, 李兆霖, 程丙英, 张道中, 贾锁堂 2004 物理学报 53 1721]

    [19]

    Liu C X, Guo H L, Jiang Y Q, Li Z L, Cheng B Y, Zhang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1162 (in Chinese) [刘春香, 郭红莲, 降雨强, 李兆霖, 程丙英, 张道中 2005 物理学报 54 1162]

  • [1] 王焱, 彭妙, 程伟, 彭政, 成浩, 臧圣寅, 刘浩, 任孝东, 帅雨贝, 黄承志, 吴加贵, 杨俊波. 基于低损光学相变和超透镜的可控多阱光镊. 物理学报, 2023, 72(2): 027801. doi: 10.7498/aps.72.20221794
    [2] 张强强, 胡建勇, 景明勇, 李斌, 秦成兵, 李耀, 肖连团, 贾锁堂. 单光子调制频谱用于量子点荧光寿命动力学的研究. 物理学报, 2019, 68(1): 017803. doi: 10.7498/aps.68.20181797
    [3] 王玥, 梁言生, 严绍辉, 曹志良, 蔡亚楠, 张艳, 姚保利, 雷铭. 轴向多光阱微粒捕获与实时直接观测技术. 物理学报, 2018, 67(13): 138701. doi: 10.7498/aps.67.20180460
    [4] 钱辉, 陈虎, 严洁. 软物质实验方法前沿:单分子操控技术. 物理学报, 2016, 65(18): 188706. doi: 10.7498/aps.65.188706
    [5] 刘伟峰, 宋建军. 应变(001)p型金属氧化物半导体反型层空穴量子化与电导率有效质量. 物理学报, 2014, 63(23): 238501. doi: 10.7498/aps.63.238501
    [6] 黄雪峰, 李盛姬, 周东辉, 赵冠军, 王关晴, 徐江荣. 介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究. 物理学报, 2014, 63(17): 178802. doi: 10.7498/aps.63.178802
    [7] 宋建军, 杨超, 朱贺, 张鹤鸣, 宣荣喜, 胡辉勇, 舒斌. SOI SiGe HBT结构设计及频率特性研究. 物理学报, 2014, 63(11): 118501. doi: 10.7498/aps.63.118501
    [8] 相里斌, 张文喜, 伍洲, 吕笑宇, 李杨, 周志盛, 孔新新. 相干场成像技术接收镜精度对传递函数的影响. 物理学报, 2013, 62(22): 224201. doi: 10.7498/aps.62.224201
    [9] 唐先柱, 钟德镇, 简廷宪, 陆建钢, 谢汉萍. 低压驱动液晶透镜设计的研究. 物理学报, 2013, 62(16): 164212. doi: 10.7498/aps.62.164212
    [10] 任洪亮. 有限远共轭显微镜光镊设计和误差分析. 物理学报, 2013, 62(10): 100701. doi: 10.7498/aps.62.100701
    [11] 周丹丹, 任煜轩, 刘伟伟, 龚雷, 李银妹. 时间飞行法测量光阱刚度的实验研究. 物理学报, 2012, 61(22): 228702. doi: 10.7498/aps.61.228702
    [12] 胡耿军, 李静, 龙潜, 陶陶, 张恭轩, 伍小平. 时域有限差分法数值仿真单光镊中微球受到的光阱力. 物理学报, 2011, 60(3): 030301. doi: 10.7498/aps.60.030301
    [13] 杨 浩, 冯国英, 朱启华, 张大勇, 周寿桓. 聚焦光场俘获微球的FDTD分析. 物理学报, 2008, 57(9): 5506-5512. doi: 10.7498/aps.57.5506
    [14] 汪 敏, 岑豫皖, 胡小方, 余晓流, 朱佩平. 同步辐射计算机断层技术光源误差机理分析. 物理学报, 2008, 57(10): 6202-6206. doi: 10.7498/aps.57.6202
    [15] 曾夏辉, 吴逢铁, 刘 岚. 干涉理论对bottle beam的描述. 物理学报, 2007, 56(2): 791-797. doi: 10.7498/aps.56.791
    [16] 韩一平, 杜云刚, 张华永. 高斯波束对双层粒子的辐射俘获力. 物理学报, 2006, 55(9): 4557-4562. doi: 10.7498/aps.55.4557
    [17] 徐春华, 刘春香, 郭红莲, 李兆霖, 降雨强, 张道中, 袁 明. 荧光标记微管的光敏断裂及机理. 物理学报, 2006, 55(1): 206-210. doi: 10.7498/aps.55.206
    [18] 张艳丽, 赵逸琼, 詹其文, 李永平. 高数值孔径聚焦三维光链的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1253-1258. doi: 10.7498/aps.55.1253
    [19] 来国军, 刘濮鲲. W波段回旋行波管放大器的模拟与设计. 物理学报, 2006, 55(1): 321-325. doi: 10.7498/aps.55.321
    [20] 降雨强, 郭红莲, 刘春香, 李兆霖, 程丙英, 张道中, 贾锁堂. 低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度. 物理学报, 2004, 53(6): 1721-1726. doi: 10.7498/aps.53.1721
计量
  • 文章访问数:  7109
  • PDF下载量:  601
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-14
  • 修回日期:  2012-05-29
  • 刊出日期:  2012-11-05

/

返回文章
返回