【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种悬浮微粒抽真空的装置，尤其是涉及了一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置及方法。
技术介绍
1、1971年，美国物理学家ashkin等人使用一个透镜弱聚焦一束竖直向上照射的激光，首次用光学方法稳定悬浮直径20um的玻璃微粒。1986年，他又发现将单束激光强聚焦后，不依赖重力也可以将微粒稳定捕获，这种技术被命名为光镊(optical tweezers)，也称光阱。2018年，ashkin因专利技术该项技术荣获诺贝尔物理学奖。光阱的原理是强聚焦激光光束对介质微粒产生了一个始终指向焦点的作用力，其大小与电场梯度成正比，故称为梯度力，该力使得介质微粒被三维囚禁在焦点附近。光阱提供了一种可控制和测量微米至亚微米尺度物体特性的非接触、无损的和高空间时间分辨率的优良手段，在生物学、高灵敏度传感和量子物理等方面有着广泛的应用和诱人的前景。
2、ashkin在首次实现真空中微粒悬浮时就曾经预言：“如果(空气的)粘滞阻尼进一步减小，(真空光阱)将有可能用于实现陀螺仪和加速度计等惯性传感器。”。近年来，人们已经发现，若使捕获的介质微粒处在真空环境中，即隔绝外部热力学噪声的影响，将带来远超过目前常规手段的测量精度。例如，耶鲁大学的david moore小组，在2017年已经实现了ng级的加速度测量灵敏度，比目前室温下机械力学传感器可达到的探测灵敏度高3个数量级。真空光阱在精密力学量测量，高性能惯性传感器，非牛顿引力探索，宏观量子态制备等领域已展现出重要应用价值与广阔的发展前景。
3、为了保证光阱系统拥有高
4、常见的微粒预处理手段为烘烤法，即提前将微粒置于高温烤箱中烘烤。但该种预处理手段只能清理微粒表面的杂质，而无法处理微粒内部的杂质与气泡。同时，由于烤箱内存在灰尘，大量复杂气体分子，还可能导致微粒从烘烤结束到起支抽真空过程中遭到二次污染。此外，还能通过二氧化碳激光器直接加热被光阱捕获的微粒，此种方法能够在线处理微粒，效率较高。然而，在实际操作中，由于二氧化碳激光器出射激光光功率较大，此方法容易直接导致微粒逃逸，缺乏实操性。
5、因此研究一种能够有效清除微粒内部杂质与气泡，同时避免微粒在使用前遭到二次污染的预处理手段以用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置与方法对提高光阱系统的效率与稳定性具有重要意义。
技术实现思路
1、针对目前光阱系统中，对被捕获微粒缺少一种能有效清除内部杂质与气泡，并避免其在被使用前遭到二次污染的处理方法，本专利技术提出了一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置与方法。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、一、一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置
4、装置包含光阱室、真空泵、红外激光器、聚焦透镜、基板、微粒、干燥氮气源和放气阀门；光阱室内放置有基板，基板上吸附有微粒，光阱室通过连接管道依次与真空泵和干燥氮气源连通，干燥氮气源内含氮气，干燥氮气源与真空泵之间的连接管道中设置有放气阀门；光阱室外安装有红外激光器，红外激光器中出射的激光沿光轴经聚焦透镜后入射至基板上，激光用于加热基板上的微粒。
5、光阱室包括金属腔、玻璃腔。真空泵包括机械泵、分子泵。真空泵用于将光阱室内抽至超高真空环境。
6、红外激光器包括二氧化碳激光器。聚焦透镜包括球面透镜或最佳外形透镜。
7、微粒形状包括球状、棒状或哑铃状，材料包括熔融二氧化硅或聚氯乙烯，微粒在空间三个维度上的尺寸在100纳米至100微米之间。
8、基板的材料包括玻璃或特氟龙。微粒能够吸附在基板上接受预处理，之后通过起支手段脱离基板并被光阱捕获。
9、放气阀门包括金属角阀或电控角阀。放气阀门用于在微粒经过超高真空预处理后，控制干燥氮气源放气使光阱室内气压回升，同时保持腔内不受其他气体分子污染。
10、光阱室内还设置有光阱，光阱包括单光束光阱或双光束光阱。光阱用于在微粒接受预处理后，直接捕获微粒，进行抽真空过程。避免微粒在转移过程中遭到二次污染。
11、提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置的使用方法包括以下步骤：
12、步骤1：将微粒吸附在基板上，并整体置于光阱室内，封闭光阱室，打开真空泵，将光阱室内抽至高真空环境，即1×10-7mbar左右气压；
13、步骤2：打开红外激光器，通过聚焦透镜将红外激光器出射的激光聚焦于基板上的微粒处并加热微粒，使其达到抽真空过程中的典型温度，使微粒在高温和高真空状态下维持一段时间，直至微粒内部杂质完全析出并被烧毁以及内部气泡完全释放，闭红外激光器，使微粒温度缓慢降低至室温；
14、步骤3：缓慢打开放气阀门，使干燥氮气源内的干燥氮气释放并充入光阱室内，使光阱室内气压回升到微粒能够被起支的气压；
15、步骤4：关闭放气阀门，起支微粒，微粒被光阱室内的光阱捕获后，再次打开真空泵抽真空。此时光阱中捕获的微粒经过前述预处理后，不再存在杂质与气泡，因此抽真空过程为微粒将处于稳定位置，光阱系统抽真空成功率大大提高。
16、本专利技术通过在高真空环境中加热微粒的方法，模拟还原了微粒在抽真空过程中的状态变化。保证了对微粒内部杂质、气泡的清除更加有效、彻底；
17、在高真空处理微粒后，在光阱室内充入干燥氮气源内的干燥氮气，并直接进行起支抽真空的实验流程。最大限度的避免了微粒在从预处理到实验抽真空过程中被二次污染，确保了预处理手段的有效时间，显著提高光阱系统抽真空过程的成功率。
18、本专利技术的有益效果是：
19、本专利技术提出了一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置与方法。通过模拟还原微粒抽真空过程的状态变化，有效彻底的清除微粒内部杂质与气泡。同时通过干燥氮气保护，避免微粒在被使用前受到二次污染。能够显著提高光阱系统抽真空成功率，提高系统效率。
20、因此本专利技术具有实际应用价值，能够显著提高光阱系统抽真空成功率，提高系统效率与可靠性。
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1.一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，包含光阱室(1)、真空泵(2)、红外激光器(3)、聚焦透镜(4)、基板(6)、微粒(5)、干燥氮气源(7)和放气阀门(8)；光阱室(1)内放置有基板(6)，基板(6)上吸附有微粒(5)，光阱室(1)与真空泵(2)和干燥氮气源(7)连通，氮气源(7)与真空泵(2)之间设置有放气阀门(8)；光阱室(1)外安装有红外激光器(3)，红外激光器(3)中出射的激光经聚焦透镜(4)后入射至基板(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述光阱室(1)包括金属腔、玻璃腔。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述真空泵(2)包括机械泵、分子泵。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述红外激光器(3)包括二氧化碳激光器。
5.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述聚焦透镜(4)包括球面透镜或最佳外形透镜
6.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述微粒(5)形状包括球状、棒状或哑铃状，材料包括熔融二氧化硅或聚氯乙烯，微粒(5)在空间三个维度上的尺寸在100纳米至100微米之间。
7.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述基板(6)的材料包括玻璃或特氟龙。
8.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述放气阀门(8)包括金属角阀或电控角阀。
9.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述光阱室(1)内还设置有光阱，光阱(9)包括单光束光阱或双光束光阱。
10.一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的方法，其特征在于，方法采用权利要求1-9任一所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，包含光阱室(1)、真空泵(2)、红外激光器(3)、聚焦透镜(4)、基板(6)、微粒(5)、干燥氮气源(7)和放气阀门(8)；光阱室(1)内放置有基板(6)，基板(6)上吸附有微粒(5)，光阱室(1)与真空泵(2)和干燥氮气源(7)连通，氮气源(7)与真空泵(2)之间设置有放气阀门(8)；光阱室(1)外安装有红外激光器(3)，红外激光器(3)中出射的激光经聚焦透镜(4)后入射至基板(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述光阱室(1)包括金属腔、玻璃腔。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述真空泵(2)包括机械泵、分子泵。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空过程成功率的装置，其特征在于，所述红外激光器(3)包括二氧化碳激光器。
5.根据权利要求1所述的一种用于提高光悬浮微粒抽真空...
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