Trampa óptica.

Un sistema para formar una trampa óptica, que comprende dos o más fibras de cristal fotónico (PCF) y por lo menos una fuente de radiación para introducir radiación en las fibras de cristal fotónico,

disponiéndose las fibras para proporcionar salidas de contrapropagación para formar la trampa óptica, en donde la radiación para formar la trampa de haz doble comprende luz blanca.

Trampa óptica La presente invención se refiere a una trampa óptica de contrapropagación de haz doble de largo alcance que puede soportar múltiples longitudes de onda de forma simultánea.

Antecedentes de la invención

La micromanipulación óptica usando atrapamiento óptico es una herramienta potente y versátil para estudios en las ciencias biológicas y de los coloides. Una trampa óptica puede formarse usando dos haces divergentes de contrapropagación debido a una combinación de refracción óptica y dispersión óptica, tal como se describe, por ejemplo, en el artículo "Demonstration of a Fibre-Optical Light-Force Trap" por Constable et al., Opt. Lett. 18, 1867 (1993) . La trampa que se describe por Constable et al. usa dos fibras ópticas que entregan luz a una región de trampa en una geometría de contrapropagación. Esta trampa de haz doble puede integrarse fácilmente en dispositivos microfluidos, tiene un gran alcance de captura, no usa una luz estrechamente enfocada, y permite que se desacoplen el atrapamiento y la formación de imágenes.

En la última década se ha dispuesto de fibras de cristal fotónico (PCF, photonic cr y stal fiber) . Las fibras de cristal fotónico se basan en las propiedades de los cristales fotónicos. Estos son capaces de confinar la luz en núcleos huecos o con unas características de confinamiento que no son posibles en la fibra óptica convencional. Las categorías de PCF incluyen fibras de banda prohibida fotónicas que confinan la luz mediante efectos de banda prohibida, fibras agujereadas, que usan agujeros de ventilación en sus secciones transversales, fibras asistidas por agujeros, que guían la luz mediante un núcleo de índice más alto convencional modificado por la presencia de agujeros de ventilación, y fibras de Bragg que están formadas por anillos concéntricos de película de múltiples capas. Las PCF son normalmente uniformes a lo largo de su longitud, pero incluyen a partir de dos o más materiales, que lo más común es que se dispongan de forma periódica a lo largo de gran parte de la sección transversal de fibra, tal como se muestra en la figura 1.

Las PCF pueden diseñarse para tener unas propiedades enormemente diferentes en comparación con las fibras de sílice convencionales, véase por ejemplo, P. Russell, Science 299, 358 (2003) . Con el diseño apropiado de la red cristalina, las fibras pueden diseñarse de tal modo que los tamaños de núcleo grandes (mucho más grandes que las fibras de modo único convencionales) pueden confinar cualquier longitud de onda de luz en un modo único. Estas fibras se conocen como fibras de cristal fotónico de modo único sin fin (ESM-PCF, endlessly single mode photonic

cr y stal fiber) o fibras de cristal fotónico de área de modo grande (LMAPCF, large mode area photonic cr y stal fiber) .

El documento WO 2007/141539 describe un sistema microfluido que comprende unos medios para atrapar una partícula en una trampa óptica y una fuente de excitación de Raman para dar lugar a una dispersión de Raman a partir de la partícula mientras que esta se encuentra en la trampa óptica.

El documento "Demonstration of a Fiber Optic Light Force Trap", Optic Letters, Vol 18, Nº 21, 1993, págs. 1867 1869, describe una trampa de fuerza luminosa tridimensional construida mediante el uso de láseres de diodo de infrarrojos con cables flexibles de conexión de fibra.

El documento "Photonics-Cr y stal Fibers", Journal of Lightwave Technology, Vol 24. Nº 12, 2006 págs. 4729 -4749 analiza fibras de cristal fotónico y sus aplicaciones.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para formar una trampa óptica, comprendiendo el sistema dos o más fibras de cristal fotónico y por lo menos una fuente de radiación para introducir radiación en las fibras de cristal fotónico, disponiéndose las fibras durante el uso para proporcionar salidas de contrapropagación para formar la trampa óptica, en el que la radiación para formar la trampa de haz doble comprende luz blanca, 55 Una ventaja de esto es que múltiples partículas de diferentes tipos pueden atraparse de forma simultánea, sin adolecer de efectos de interferencia. Así mismo, pueden lanzarse de forma simultánea diferentes longitudes de onda permitiendo el atrapamiento, por ejemplo, con espectroscopía.

Las fibras pueden ser ESM-PCF. La por lo menos una fuente puede proporcionar múltiples longitudes de onda para 60 introducir en las PCF. Pueden proporcionarse fuentes separadas para cada longitud de onda. Cada una de las múltiples longitudes de onda puede formar una trampa óptica. Una luz de cada longitud de onda puede usarse para proporcionar una trampa de onda estacionaria que es sensible a un tamaño y / o una forma y / o un índice de refracción de partícula particular. Pueden proporcionarse unos medios para mover las ondas estacionarias de tal modo que se hace que las partículas en el interior de la trampa avancen de una forma de tipo cinta transportadora.

Pueden proporcionarse unos medios para realizar una o más mediciones sobre una partícula cuando esta se encuentra en la trampa. Los medios pueden incluir uno o más haces de luz que se pasan a lo largo de por lo menos una de las fibras. La luz puede usarse para espectroscopía de fluorescencia o de Raman.

Breve descripción de los dibujos

Diversos aspectos de la invención se describirán a continuación solo a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales:

La figura 2 es un sistema para formar una trampa de haz doble usando PCF; La figura 3 muestra a) el perfil de intensidad y b) el perfil de intensidad sobre el eje para una PCF como una función de la distancia de propagación z más allá del extremo de la fibra; La figura 4 es un histograma de posiciones en una trampa de PCF de haz doble que se forma usando una fuente de láser coherente;

La figura 5 es una imagen de partículas ópticamente limitadas en una trampa de luz blanca de coherencia baja de haz doble de fibra PCF; La figura 6 es una imagen de una célula ópticamente atrapada en una trampa de luz blanca de coherencia baja de haz doble de fibra PCF; La figura 7 es un sistema para generar una cinta transportadora óptica de longitud de onda múltiple para atrapar, transportar y clasificar partículas, y La figura 8 es una imagen de unas partículas que se mueven en una cinta transportadora óptica de longitud de onda múltiple que se genera usando el sistema de la figura 7.

Descripción detallada de los dibujos

La presente invención usa PCF en diversos sistemas ópticos para crear trampas ópticas y generar mecanismos de transporte óptico basados en atrapamiento. El uso de las PCF en estas aplicaciones proporciona unas ventajas técnicas inesperadas.

La figura 2 muestra un sistema para formar una trampa de haz doble. Este tiene un láser coherente único que tiene el mismo diámetro de campo de modo que el modo fundamental de las fibras. Cada fibra se acopla a los extremos de dos PCF usando una lente apropiada para hacer coincidir el tamaño de punto enfocado con el bucle completo para asegurar una salida de polarización lineal y un funcionamiento de modo único. Las longitudes de las fibras se seleccionan de tal modo que hay una diferencia de longitud de trayectoria suficiente para asegurar que las dos salidas no interfieran una con otra y por lo tanto pueden considerarse mutuamente no coherentes. Entre las fibras se encuentra una cámara de muestras para contener la muestra que está siendo investigada. Las salidas de contrapropagación a partir de las PCF se usan para formar una trampa óptica en el interior de la cámara de muestras. Una cámara rápida (que no se muestra) combinada con un análisis de datos se usa para determinar posiciones de trampa y rigidez de trampa.

La figura 3 muestra a) el perfil de intensidad, y b) el perfil de intensidad sobre el eje para una PCF. En ambos casos, el perfil se muestra como una función de la distancia de propagación z más allá del extremo de la fibra. Debido a este perfil de intensidad sobre el eje característico, es posible, mediante el ajuste de la separación de las fibras, cambiar el potencial óptico axial para formar un potencial de atrapamiento convencional, potencial repulsivo (en el 45 que las partículas se repelen lejos del centro de la trampa) y trampas de línea (con unas fuerzas de recuperación mínimas a lo largo de la dirección axial) . Las características de la luz necesaria para formar estos tipos de trampa de haz doble se conocen en la técnica y por lo tanto no se describirán con detalle.

Podría usarse cualquier fibra PCF adecuada en el sistema de la figura 2, a pesar de que preferiblemente las fibras... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para formar una trampa óptica, que comprende dos o más fibras de cristal fotónico (PCF) y por lo menos una fuente de radiación para introducir radiación en las fibras de cristal fotónico, disponiéndose las fibras para proporcionar salidas de contrapropagación para formar la trampa óptica, en donde la radiación para formar la trampa de haz doble comprende luz blanca.

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las fibras son ESM-PCF.

3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende por lo menos una fuente para proporcionar múltiples longitudes de onda para introducir en las PCF.

4. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que se usan longitudes de onda de luz discretas, cada una para formar una trampa óptica separada. 15

5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que la luz de por lo menos una de las longitudes de onda se dispone para formar una trampa de onda estacionaria que es sensible a un tamaño y / o una forma y / o un índice de refracción de partícula particulares.

6. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que se proporcionan unos medios para mover la por lo menos una onda estacionaria de tal modo que se hace que se muevan las partículas en el interior de la trampa formada por esa onda estacionaria.

7. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición es tal que las 25 PCF funcionan en un modo único.

8. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición es tal que la salida de las PCF está linealmente polarizada.

9. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende unos medios para realizar una o más mediciones sobre una partícula cuando está en la trampa.