HK1092541B - Apparatus for applying optical gradient forces - Google Patents

Claims (30)

1. Un appareil destiné à la manipulation de particules par la formation d'un piège optique (50), comprenant :

   un élément optique (40) destiné à recevoir un faisceau de lumière (12),

   au moins un système à objectif télescopique (34) disposé en aval dudit élément optique (40) après interaction du faisceau de lumière avec ledit élément optique (40), et

   un élément de focalisation (20) disposé en aval dudit élément optique (40),

   dans lequel l'élément optique (40) est un élément optique diffractif qui forme une pluralité de faisceaux de lumière diffractés distincts (44),

   où ledit élément optique (40) coopère avec ledit élément de focalisation (20) de façon à faire converger séparément chacun des faisceaux de lumière diffractés (44) de façon à former un point focalisé destiné à établir un moyen de formation d'un piège optique distinct (50) à l'intérieur du point pour chacune des particules (14) au moyen de l'un des faisceaux de lumière diffractés distincts (44) pour chaque particule (14), et

   caractérisé en ce que :

   l'élément optique (40) comprend des hologrammes générés par ordinateur qui divisent ledit faisceau de lumière (12) en ladite pluralité de faisceaux de lumière diffractés distincts (44) et qui façonnent un front d'onde de chacun des faisceaux de lumière diffractés distincts (44) de manière indépendante,

   où certains desdits pièges optiques distincts (50) sont disposés à des positions spatiales dans un plan focal (52) et certains desdits pièges optiques distincts sont disposés à des positions spatiales en dehors du plan focal (52) de l'élément de focalisation (20) de façon à former un agencement en trois dimensions des pièges optiques (50).
2. L'appareil selon la Revendication 1 où ledit élément optique diffractif (40) est disposé perpendiculairement à un axe optique (22) dudit système à objectif télescopique (34).
3. L'appareil selon la Revendication 1 où ledit élément optique diffractif (40) est disposé obliquement à un axe optique (22) dudit système à objectif télescopique (34).
4. L'appareil selon la Revendication 1 où ledit élément optique diffractif (40) est disposé sensiblement dans un plan (42) conjugué à une ouverture arrière (24) dudit élément de focalisation (20).
5. L'appareil selon la Revendication 1, où ledit élément diffractif (40) exécute au moins une opération parmi direction et focalisation des pièges optiques (50).
6. L'appareil selon la Revendication 1 comprenant en outre un miroir (60) disposé de façon à permettre un déplacement des pièges optiques (50).
7. L'appareil selon la Revendication 6 où ledit miroir (60) est monté de façon à permettre une translation des pièges optiques (50) latéralement et verticalement.
8. L'appareil selon la Revendication 7 comprenant en outre un deuxième système à objectif télescopique (62) disposé en aval dudit premier système à objectif télescopique (34) et dudit miroir (60).
9. L'appareil selon la Revendication 1 où au moins un des éléments de focalisation (20) est positionné de façon à recevoir le faisceau de lumière reçu dudit système à objectif télescopique (34).
10. L'appareil selon la Revendication 8 comprenant en outre un diviseur de faisceau (70) disposé entre ledit deuxième système à objectif télescopique (62) et ledit élément de focalisation, permettant ainsi une visualisation d'images des particules (14) qui sont manipulées.
11. L'appareil selon la Revendication 1 comprenant en outre un système destiné à produire un faisceau laser en entrée audit élément optique diffractif.
12. L'appareil selon la Revendication 1 où ledit élément optique diffractif (40) comprend un moyen de formation d'un réseau de particules variable dynamiquement.
13. L'appareil selon la Revendication 1 comprenant en outre un miroir (60) disposé en vue d'un déplacement et positionné au niveau d'un point conjugué à une ouverture arrière (24) dudit élément de focalisation (20) créé par ledit au moins un système à objectif télescopique (34, 62).
14. L'appareil selon la Revendication 13 comprenant en outre un moyen d'exécution de la direction des pièges optiques (50).
15. L'appareil selon la Revendication 13 comprenant en outre un moyen d'exécution de la focalisation des pièges optiques (50).
16. Un procédé de manipulation d'un matériau contenant une pluralité de petites particules diélectriques (14), comprenant les opérations suivantes :

    la génération d'un faisceau laser (12),

    l'entrée du faisceau laser (12) dans un élément optique diffractif (40) qui forme une pluralité de faisceaux laser diffractés (44),

    le passage des faisceaux laser diffractés (44) au travers d'un système à objectif télescopique (34), et

    la focalisation des faisceaux laser diffractés (44) produits par le système à objectif télescopique (34) au moyen d'un élément de focalisation (20),

    où l'élément de focalisation forme une pluralité de pièges optiques distincts (50) destinés à la manipulation des petites particules diélectriques dans une direction sélectionnée,

    et caractérisé en ce que l'élément optique diffractif (40) comprend des hologrammes générés par ordinateur qui divise le faisceau laser en une pluralité de faisceaux laser diffractés distincts (44) et qui façonnent un front d'onde de chacun des faisceaux laser diffractés distincts (44) de manière indépendante,

    où certains de ladite pluralité de pièges optiques distincts (50) sont disposés à des positions spatiales dans un plan focal (52) et certains de ladite pluralité de pièges optiques distincts sont disposés à des positions spatiales en dehors du plan focal (52) de l'élément de focalisation (20) de façon à former un agencement en trois dimensions des pièges optiques.
17. Le procédé selon la Revendication 16 destiné à la manipulation d'un matériau par la formation et le déplacement d'une pluralité de pièges optiques (50) dans lequel l'élément optique diffractif (40) comprend un élément optique diffractif dépendant du temps, comprenant les opérations suivantes :

    l'application du faisceau laser (12) à l'élément optique diffractif (40) de façon à créer simultanément au moins deux faisceaux laser distincts (44), et

    l'établissement de conditions de gradient optique dans les au moins deux faisceaux laser distincts (44) de façon à former et déplacer la pluralité de pièges optiques distincts (50) qui forment un réseau variable dans le temps qui entre en contact avec le matériau de façon à manipuler le matériau dans une direction sélectionnée.
18. Le procédé selon la Revendication 17 où le matériau comprend en outre un élément parmi un support optique ou un objet biologique.
19. Le procédé selon la Revendication 17 où l'élément optique diffractif (40) comprend un réseau à cristaux liquides programmable.
20. Le procédé selon la Revendication 17 où l'opération de manipulation comprend l'exécution d'un processus de fabrication sélection dans le groupe se composant de la manipulation de particules dans un circuit photonique, la manipulation de composants dans un nanocomposite, la fabrication de composants électroniques, la manipulation de composants opto-électroniques, la préparation d'un capteur chimique, la préparation d'un capteur biologique, l'assemblage de matrices de conservation de données holographiques, l'assemblage de réseaux colloïdaux et la manipulation de matériaux biologiques.
21. Le procédé selon la Revendication 17 où l'élément optique diffractif (40) comprend un support à changement de phase à adressage dépendant du temps.
22. Le procédé selon la Revendication 17 où l'élément optique diffractif (40) est positionné dans un plan conjugué à une ouverture arrière (42) de l'élément de focalisation (20).
23. Le procédé selon l'une quelconque des Revendications 17 ou 22 comprenant en outre :

    l'exécution d'un processus de fabrication qui modifie la position d'au moins une particule de la pluralité de particules.
24. Le procédé selon la Revendication 23, où l'opération de processus de fabrication est sélectionnée dans le groupe se composant de la manipulation de particules dans un circuit photonique, la manipulation de composants dans un nanocomposite, la fabrication de composants électroniques, la manipulation de composants opto-électroniques, la préparation d'un capteur chimique, la préparation d'un capteur biologique, l'assemblage de matrices de conservation de données holographiques, l'assemblage de réseaux colloïdaux et la manipulation de la structure de matériaux biologiques.
25. Le procédé selon la Revendication 23, où l'élément optique diffractif (40) se compose d'un support à changement de phase à adressage temporel.
26. Le procédé selon la Revendication 23, comprenant en outre l'opération de translation d'un réseau de pièges optiques (50) contenant la pluralité de particules latéralement ou axialement par rapport à un échantillon par le déplacement d'un étage d'échantillons par rapport à un axe optique (22).
27. Le procédé selon la Revendication 23, comprenant en outre l'opération de translation d'un réseau de la pluralité de particules par rapport à un échantillon par le déplacement d'un étage d'échantillons contenant ledit échantillon.
28. Le procédé selon la Revendication 23, où l'exécution du processus de fabrication comprend l'opération de déplacement de la pluralité de particules par le déplacement de la pluralité de faisceaux laser et de pièges associés des pièges optiques (50) par l'actionnement d'un miroir (60) disposé au niveau d'un point conjugué à une ouverture arrière (24) de l'élément de focalisation (20).
29. Le procédé selon la Revendication 16, comprenant en outre :

    le positionnement d'une pluralité de particules par ledit élément de focalisation (20) qui forme une pluralité de pièges optiques distincts (50) de façon à former un réseau souhaité de ladite pluralité de particules.
30. Le procédé selon la Revendication 29, où ledit réseau souhaité comprend un réseau variable dynamiquement desdites particules.