JPH08131820A - 多点レーザトラッピング装置及びその方法 - Google Patents
多点レーザトラッピング装置及びその方法Info
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- JPH08131820A JPH08131820A JP6277705A JP27770594A JPH08131820A JP H08131820 A JPH08131820 A JP H08131820A JP 6277705 A JP6277705 A JP 6277705A JP 27770594 A JP27770594 A JP 27770594A JP H08131820 A JPH08131820 A JP H08131820A
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- Japan
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- laser
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- fine particles
- laser light
- grating
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/30—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating for confining neutral particles or handling confined neutral particles, e.g. atom traps
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure
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- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザダイオードのような小型で出力が弱く
コヒーレンス長の短いレーザ光源を用いても、多数の微
粒子を同時に捕捉配列することができるようにすること
を目的としている。 【構成】 微粒子4を含む媒質5にレーザ光を照射し
て、当該媒質5中の複数の微粒子4を同時に捕捉配列す
る多点レーザトラッピング装置において、前記レーザ光
が単一のレーザ光源7から照射されると共に、その光路
には媒質5上に多点レーザスポットからなる回折パター
ンを形成するグレーティング11が配されていることを特
徴とする。
コヒーレンス長の短いレーザ光源を用いても、多数の微
粒子を同時に捕捉配列することができるようにすること
を目的としている。 【構成】 微粒子4を含む媒質5にレーザ光を照射し
て、当該媒質5中の複数の微粒子4を同時に捕捉配列す
る多点レーザトラッピング装置において、前記レーザ光
が単一のレーザ光源7から照射されると共に、その光路
には媒質5上に多点レーザスポットからなる回折パター
ンを形成するグレーティング11が配されていることを特
徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微粒子を含む媒質にレ
ーザ光を照射して、当該媒質中の複数の微粒子を同時に
捕捉配列する多点レーザトラッピング装置及びその方法
に関する。
ーザ光を照射して、当該媒質中の複数の微粒子を同時に
捕捉配列する多点レーザトラッピング装置及びその方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、媒質に含まれるマイクロメートル
オーダーの微粒子にレーザ光を照射し、その屈折により
受け渡される運動量を微粒子に作用させて微粒子を捕捉
することにより、微粒子の非接触なマニピュレーション
を行なうレーザトラッピングに関する技術が提案されて
おり、高分子物質を分子レベルで操作,加工したり、生
物工学の細胞操作等に応用されている。そして、当初は
レーザ光により媒質中の単一の微粒子を捕捉していた
が、最近では、マッハツェンダー干渉計,ファブリペロ
ー干渉計,マイケルソン干渉計等によりレーザ光の干渉
パターンを媒質上に形成して、媒質中の多数の微粒子を
同時に捕捉する多点レーザトラッピングに関する技術も
提案されている。
オーダーの微粒子にレーザ光を照射し、その屈折により
受け渡される運動量を微粒子に作用させて微粒子を捕捉
することにより、微粒子の非接触なマニピュレーション
を行なうレーザトラッピングに関する技術が提案されて
おり、高分子物質を分子レベルで操作,加工したり、生
物工学の細胞操作等に応用されている。そして、当初は
レーザ光により媒質中の単一の微粒子を捕捉していた
が、最近では、マッハツェンダー干渉計,ファブリペロ
ー干渉計,マイケルソン干渉計等によりレーザ光の干渉
パターンを媒質上に形成して、媒質中の多数の微粒子を
同時に捕捉する多点レーザトラッピングに関する技術も
提案されている。
【0003】図3は、干渉パターンの形成手段としてマ
ッハツェンダー干渉計を用いた従来の多点レーザトラッ
ピング装置であって、アルゴンレーザ21からプレパラ
ート22に照射されるレーザ光の光路上にマッハツェン
ダー干渉計23が形成されている。 マッハツェンダー
干渉計23は、レーザ光をハーフミラー24で二つに分
け、夫々の光をミラー25,26で反射させた後,夫々
をハーフミラー27に照射し、いずれかのミラーをわず
かに傾けることにより二つの光を干渉させて、レンズ2
8上に干渉パターンが形成され、この干渉パターンがハ
ーフミラー29,レンズ30を介してプレパラート22
上に投影される。
ッハツェンダー干渉計を用いた従来の多点レーザトラッ
ピング装置であって、アルゴンレーザ21からプレパラ
ート22に照射されるレーザ光の光路上にマッハツェン
ダー干渉計23が形成されている。 マッハツェンダー
干渉計23は、レーザ光をハーフミラー24で二つに分
け、夫々の光をミラー25,26で反射させた後,夫々
をハーフミラー27に照射し、いずれかのミラーをわず
かに傾けることにより二つの光を干渉させて、レンズ2
8上に干渉パターンが形成され、この干渉パターンがハ
ーフミラー29,レンズ30を介してプレパラート22
上に投影される。
【0004】また、プレパラート22は、スライドガラ
ス31とカバーガラス32の間に微粒子33,33・・
を含む媒質34が充填されており、レーザ光を照射する
ことによりマッハツェンダー干渉計23で形成される干
渉パターンに沿って多数の微粒子33・・が同時に捕捉
配列されるように成されている。なお、35は媒質34
中の微粒子33・・の挙動をモニタするCCDカメラで
ある。
ス31とカバーガラス32の間に微粒子33,33・・
を含む媒質34が充填されており、レーザ光を照射する
ことによりマッハツェンダー干渉計23で形成される干
渉パターンに沿って多数の微粒子33・・が同時に捕捉
配列されるように成されている。なお、35は媒質34
中の微粒子33・・の挙動をモニタするCCDカメラで
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな干渉計23を用いた場合、少なくとも二つのハーフ
ミラー24,27と二つのミラー25,26を使用して
いるため、光強度が減衰してしまうので、アルゴンレー
ザ,YAGレーザ,He−Neレーザ等の出力の高いも
の用いなければならず、装置が大型化し、コストも嵩む
という問題があった。
うな干渉計23を用いた場合、少なくとも二つのハーフ
ミラー24,27と二つのミラー25,26を使用して
いるため、光強度が減衰してしまうので、アルゴンレー
ザ,YAGレーザ,He−Neレーザ等の出力の高いも
の用いなければならず、装置が大型化し、コストも嵩む
という問題があった。
【0006】また、アルゴンレーザは、スペクトル幅が
狭くコヒーレンス長が50mm程度はあるので、ハーフ
ミラー24で分光して干渉計23を形成できるが、レー
ザダイオードのような小型で安価なレーザは、スペクト
ル幅が広いためコヒーレンス長も数mmと短く、さら
に、マッハツェンダー干渉計23の光学系に用いられて
いるミラー24,25,26,27は微小な振動による
変位にも影響を受けやすいので、実質的に干渉計を形成
することが甚だしく難しいという問題があった。そこ
で、本発明は、レーザダイオードのような小型で出力が
弱くコヒーレンス長の短いレーザ光源を用いても、多数
の微粒子を同時に捕捉配列することができるようにする
ことを技術的課題としている。
狭くコヒーレンス長が50mm程度はあるので、ハーフ
ミラー24で分光して干渉計23を形成できるが、レー
ザダイオードのような小型で安価なレーザは、スペクト
ル幅が広いためコヒーレンス長も数mmと短く、さら
に、マッハツェンダー干渉計23の光学系に用いられて
いるミラー24,25,26,27は微小な振動による
変位にも影響を受けやすいので、実質的に干渉計を形成
することが甚だしく難しいという問題があった。そこ
で、本発明は、レーザダイオードのような小型で出力が
弱くコヒーレンス長の短いレーザ光源を用いても、多数
の微粒子を同時に捕捉配列することができるようにする
ことを技術的課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、微粒子を含む媒質にレーザ光を照射し
て、当該媒質中の複数の微粒子を同時に捕捉配列する多
点レーザトラッピング装置において、前記レーザ光が単
一のレーザ光源から照射されると共に、その光路には媒
質上に多点レーザスポットからなる回折パターンを形成
するグレーティングが配されていることを特徴とする。
に、本発明は、微粒子を含む媒質にレーザ光を照射し
て、当該媒質中の複数の微粒子を同時に捕捉配列する多
点レーザトラッピング装置において、前記レーザ光が単
一のレーザ光源から照射されると共に、その光路には媒
質上に多点レーザスポットからなる回折パターンを形成
するグレーティングが配されていることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、単一のレーザ光源から照射さ
れたレーザ光が、光路上に配設されたグレーティングに
照射され、そのグレーティングを透過した光により回折
パターンが形成されて多数のレーザスポットが媒質上に
投影されるので、そのレーザスポットにより回折パター
ンに沿って多数の微粒子が同時に捕捉される。このと
き、回折パターンは、レーザ光がその光路上に配された
グレーティングを透過することにより形成されるので、
レーザ光源のコヒーレンス長の長短に拘らず、媒質上に
回折パターンを形成することができる。また、回折パタ
ーンはマスクパターン等のようにレーザ光を遮ることに
より形成されるものではなく、光の回折現象により形成
されるので、光損失が少なく、レーザダイオードのよう
な出力の弱いレーザ光源を用いても、比較的光強度の強
いレーザスポットが得られる。
れたレーザ光が、光路上に配設されたグレーティングに
照射され、そのグレーティングを透過した光により回折
パターンが形成されて多数のレーザスポットが媒質上に
投影されるので、そのレーザスポットにより回折パター
ンに沿って多数の微粒子が同時に捕捉される。このと
き、回折パターンは、レーザ光がその光路上に配された
グレーティングを透過することにより形成されるので、
レーザ光源のコヒーレンス長の長短に拘らず、媒質上に
回折パターンを形成することができる。また、回折パタ
ーンはマスクパターン等のようにレーザ光を遮ることに
より形成されるものではなく、光の回折現象により形成
されるので、光損失が少なく、レーザダイオードのよう
な出力の弱いレーザ光源を用いても、比較的光強度の強
いレーザスポットが得られる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
具体的に説明する。図1は本発明に係る多点レーザトラ
ッピング装置を示す説明図である。
具体的に説明する。図1は本発明に係る多点レーザトラ
ッピング装置を示す説明図である。
【0010】図中1は、スライドガラス2とカバーガラ
ス3の間に微粒子4,4・・を含む媒質5を充填したプ
レパラート6にレーザ光を照射して、当該媒質5中の複
数の微粒子4・・を同時に捕捉配列する多点レーザトラ
ッピング装置であって、例えば発振波長 830nmのレー
ザダイオード(レーザ光源)7から発振されたレーザ光
が、コリメーションレンズ8で平行化され、ダイクロイ
ックミラー9で反射されて、コンデンサレンズ10を通
って前記プレパラート6に至る光路が形成されている。
ス3の間に微粒子4,4・・を含む媒質5を充填したプ
レパラート6にレーザ光を照射して、当該媒質5中の複
数の微粒子4・・を同時に捕捉配列する多点レーザトラ
ッピング装置であって、例えば発振波長 830nmのレー
ザダイオード(レーザ光源)7から発振されたレーザ光
が、コリメーションレンズ8で平行化され、ダイクロイ
ックミラー9で反射されて、コンデンサレンズ10を通
って前記プレパラート6に至る光路が形成されている。
【0011】そして、前記光路上のコリメーションレン
ズ8とダイクロイックミラー9の間には、レーザ光を透
過させて、媒質5上に多点レーザスポットからなる所定
の回折パターンを形成するグレーティング11が配さ
れ、回折パターンにより形成された多数のレーザスポッ
トが媒質5上に照射される。このグレーティング11
は、例えば、切削法,フォトレジスト法,ビームエンチ
ング法、光学的ホログラム法、またはこれらを原板とし
たレプリカ法、ホットスタンピング法等の公知の方法に
より作成される。さらに、グラスファイバーを平行に並
べたファイバグレーティングや、マイクロレンズを所定
の配列で並べたマイクロレンズグレーティングも使用で
きる。
ズ8とダイクロイックミラー9の間には、レーザ光を透
過させて、媒質5上に多点レーザスポットからなる所定
の回折パターンを形成するグレーティング11が配さ
れ、回折パターンにより形成された多数のレーザスポッ
トが媒質5上に照射される。このグレーティング11
は、例えば、切削法,フォトレジスト法,ビームエンチ
ング法、光学的ホログラム法、またはこれらを原板とし
たレプリカ法、ホットスタンピング法等の公知の方法に
より作成される。さらに、グラスファイバーを平行に並
べたファイバグレーティングや、マイクロレンズを所定
の配列で並べたマイクロレンズグレーティングも使用で
きる。
【0012】グレーティング11として、例えば、半径
方向に 100μmピッチの同心円状の凹凸を形成したもの
を用い、その同心円の中心にレーザ光を照射すると、図
2((a)に示すようにレーザスポットを円形に並べた
回折パターンが形成される。また、直径25μmの屈折
率の高いガラス細線7,7・・を屈折率の低い接着剤で
2枚のガラス板8,8の間に挟んだサンドイッチ構造の
いわゆるファイバーグレーティングを用いると、図2
(b)に示すようにレーザスポットを直線的に所定間隔
で配した回折パターンが形成される。
方向に 100μmピッチの同心円状の凹凸を形成したもの
を用い、その同心円の中心にレーザ光を照射すると、図
2((a)に示すようにレーザスポットを円形に並べた
回折パターンが形成される。また、直径25μmの屈折
率の高いガラス細線7,7・・を屈折率の低い接着剤で
2枚のガラス板8,8の間に挟んだサンドイッチ構造の
いわゆるファイバーグレーティングを用いると、図2
(b)に示すようにレーザスポットを直線的に所定間隔
で配した回折パターンが形成される。
【0013】なお、12はプレパラート6に対してその
下方から可視光波長の照明光を照射する光源、13はプ
レパラート6上の微粒子4・・の挙動を観察するための
CCDカメラ、14はその映像をモニタするディスプレ
イ装置である。
下方から可視光波長の照明光を照射する光源、13はプ
レパラート6上の微粒子4・・の挙動を観察するための
CCDカメラ、14はその映像をモニタするディスプレ
イ装置である。
【0014】以上が本発明の構成例であって、次に、こ
の装置1を用いたレーザトラッピング方法について説明
する。まず、レーザダイオード7から発振されたレーザ
光は、コリメーションレンズ8で平行化され、グレーテ
ィング11を透過する。そして、例えば同心円状の凹凸
を形成したグレーティング11を用いた場合、当該グレ
ーティング11を透過したレーザ光により、図2(a)
に示すようにレーザスポットを円形状に並べた回折パタ
ーンが形成される。この回折パターンを形成するレーザ
光は比較的波長が長いのでダイクロイックミラー9で反
射され、コンデンサレンズ10を通って前記プレパラー
ト6に回折パターンが照射される。
の装置1を用いたレーザトラッピング方法について説明
する。まず、レーザダイオード7から発振されたレーザ
光は、コリメーションレンズ8で平行化され、グレーテ
ィング11を透過する。そして、例えば同心円状の凹凸
を形成したグレーティング11を用いた場合、当該グレ
ーティング11を透過したレーザ光により、図2(a)
に示すようにレーザスポットを円形状に並べた回折パタ
ーンが形成される。この回折パターンを形成するレーザ
光は比較的波長が長いのでダイクロイックミラー9で反
射され、コンデンサレンズ10を通って前記プレパラー
ト6に回折パターンが照射される。
【0015】すなわち、図2(a)に示すようにレーザ
スポットを円形状に並べた回折パターンがプレパラート
6上に形成されると、媒質5中の多数の微粒子4・・が
各レーザスポットで捕捉配列される。そして、回折パタ
ーンをスイープさせることにより、所要直径の微粒子だ
けを選別したり、屈折率の大きなものだけを選別するこ
とができるだけでなく、微粒子4,4・・を円環状に配
列することにより、通常はレーザトラップすることので
きない不透明粒子,屈折率粒子,大径粒子を当該微粒子
4,4・・により囲い込んで捕捉することができる。
スポットを円形状に並べた回折パターンがプレパラート
6上に形成されると、媒質5中の多数の微粒子4・・が
各レーザスポットで捕捉配列される。そして、回折パタ
ーンをスイープさせることにより、所要直径の微粒子だ
けを選別したり、屈折率の大きなものだけを選別するこ
とができるだけでなく、微粒子4,4・・を円環状に配
列することにより、通常はレーザトラップすることので
きない不透明粒子,屈折率粒子,大径粒子を当該微粒子
4,4・・により囲い込んで捕捉することができる。
【0016】また、図2(b)に示すようにレーザスポ
ットを直線状に並べた回折パターンが形成されるグレー
ティングを用いれば、そのパターンに沿って微粒子が配
列される。さらに、図2(c)のようなレーザスポット
が縦横に所定のピッチに並ぶ回折パターンが形成される
グレーティングを用いれば、そのパターンに沿って微粒
子を配列し、公知の方法で固定することによりマイクロ
球レンズプレートを形成することができ、グレーティン
グ板等の回折格子として使用できる。
ットを直線状に並べた回折パターンが形成されるグレー
ティングを用いれば、そのパターンに沿って微粒子が配
列される。さらに、図2(c)のようなレーザスポット
が縦横に所定のピッチに並ぶ回折パターンが形成される
グレーティングを用いれば、そのパターンに沿って微粒
子を配列し、公知の方法で固定することによりマイクロ
球レンズプレートを形成することができ、グレーティン
グ板等の回折格子として使用できる。
【0017】このとき、多点を同時に照射するレーザス
ポットのパターンは、ビームスプリッタやマスキングパ
ターンにより形成されるのではなく、レーザダイオード
7から発振されたレーザ光をグレーティングにより回折
させて形成するので、光の損失がほとんどなく、また、
干渉計を用いる必要がなく、レーザダイオード7のよう
な比較的コヒーレンス長の短いレーザでも確実に回折パ
ターンを形成することができる。
ポットのパターンは、ビームスプリッタやマスキングパ
ターンにより形成されるのではなく、レーザダイオード
7から発振されたレーザ光をグレーティングにより回折
させて形成するので、光の損失がほとんどなく、また、
干渉計を用いる必要がなく、レーザダイオード7のよう
な比較的コヒーレンス長の短いレーザでも確実に回折パ
ターンを形成することができる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、グ
レーティングにレーザ光を透過させてることにより多点
レーザスポットからなる回折パターンが形成されるの
で、大型でコヒーレンス長の長いレーザ光源や干渉計を
用いるまでもなく、比較的明るいレーザスポットを多点
に同時に照射することができ、したがって、レーザダイ
オードのような小型で出力が弱くコヒーレンス長の短い
レーザ光源を用いても、媒質中の多数の微粒子を同時に
捕捉配列することができるという大変優れた効果を有す
る。
レーティングにレーザ光を透過させてることにより多点
レーザスポットからなる回折パターンが形成されるの
で、大型でコヒーレンス長の長いレーザ光源や干渉計を
用いるまでもなく、比較的明るいレーザスポットを多点
に同時に照射することができ、したがって、レーザダイ
オードのような小型で出力が弱くコヒーレンス長の短い
レーザ光源を用いても、媒質中の多数の微粒子を同時に
捕捉配列することができるという大変優れた効果を有す
る。
【図1】 本発明に係る多点レーザトラッピング装置を
示す説明図。
示す説明図。
【図2】 回折パターンの例を示す説明図。
【図3】 従来装置を示す説明図。
1・・・多点レーザトラッピング装置 4・・・微粒子 5・・・媒質 7・・・レーザダイオード(レーザ光源) 11・・・グレーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保科 道成 神奈川県横浜市都筑区茅ヶ崎東三丁目6番 32号 株式会社モリテックス港北技術セン ター内
Claims (2)
- 【請求項1】 微粒子(4)を含む媒質(5)にレーザ
光を照射して、当該媒質(5)中の複数の微粒子(4)
を同時に捕捉配列する多点レーザトラッピング装置にお
いて、前記レーザ光が単一のレーザ光源(7)から照射
されると共に、その光路には媒質(5)上に多点レーザ
スポットからなる回折パターンを形成するグレーティン
グ(11)が配されていることを特徴とする多点レーザト
ラッピング装置。 - 【請求項2】 微粒子(4)を含む媒質(5)にレーザ
光を照射して、当該媒質(5)中の複数の微粒子(4)
を同時に捕捉配列する多点レーザトラッピング方法にお
いて、単一のレーザ光源(7)から媒質(5)にレーザ
光を照射し、その光路に配設したグレーティング(11)
により媒質(5)上に多点レーザスポットからなる回折
パターンを形成することを特徴とする多点レーザトラッ
ピング方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27770594A JP3474652B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 多点レーザトラッピング装置及びその方法 |
| US08/935,308 US5935507A (en) | 1994-11-11 | 1997-09-22 | Multi-point laser trapping device and the method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27770594A JP3474652B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 多点レーザトラッピング装置及びその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08131820A true JPH08131820A (ja) | 1996-05-28 |
| JP3474652B2 JP3474652B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=17587171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27770594A Expired - Fee Related JP3474652B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 多点レーザトラッピング装置及びその方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5935507A (ja) |
| JP (1) | JP3474652B2 (ja) |
Cited By (3)
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| JP2000241310A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微細物体の操作装置および操作方法 |
| EP1053492A4 (en) * | 1998-02-03 | 2002-05-22 | Arch Dev Corp | APPARATUS FOR APPLYING OPTICAL GRADIENT FORCES |
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Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6067859A (en) * | 1999-03-04 | 2000-05-30 | The Board Of Regents, The University Of Texas System | Optical stretcher |
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| US20030007894A1 (en) | 2001-04-27 | 2003-01-09 | Genoptix | Methods and apparatus for use of optical forces for identification, characterization and/or sorting of particles |
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