KR20120093629A - Optical tweezer system and method of trapping micro-object using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical gripping system and a method for capturing a micro-scale object using the same are provided to capture and transfer the micro-scale object without regard to shape and number of the micro-scale object. CONSTITUTION: An optical gripping system(20) comprises a sample chamber(200), a laser beam generator(600), and an object lens unit(300). The sample chamber comprises one or more micro-scale objects and medium surrounding the micro-scale objects. The laser beam generator adaptively creates laser beam according to the shape and number of the more micro-scale object in order to capture and transfer the more micro-scale. The object lens unit focuses the laser beam and radiates the laser beam to the more micro-scale object.

Description

광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법{Optical Tweezer System and Method of Trapping Micro-object using The same}Optical Tweezer System and Method of Trapping Micro-object using The same

본 발명을 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은, 홀로그램을 이용한 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법에 관한 것으로 복잡한 형상의 마이크로 부품을 포획하기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a photo-clamp system and a method for capturing fine objects using the same. More specifically, the present invention relates to an optical tongs system using a hologram and a method for capturing fine objects using the same, and more particularly, to a technique for capturing a micro component having a complicated shape.

일반적으로, 광집게(Optical tweezers)는 집속한 레이저 빔을 주위 매질보다 굴절률이 큰 물체에 가할 때 반사와 굴절을 통해 생기는 모멘텀 차이로 물체를 레이저 초점으로 구속하는 기술이다. 지금까지 광집게에 관한 연구는 주로 마이크로/나노 크기의 구형체를 이용하여 다른 물체의 기계적/물리적/화학적 특성을 측정하는 연구가 많았지만, 최근에는 마이크로 디바이스로의 응용 목적으로 이광자 중합 기술 또는 반도체 공정으로 제작된 마이크로 부품을 포획하는 연구들이 많아지고 있다.In general, optical tweezers are a technique of confining an object to a laser focus by the momentum difference generated by reflection and refraction when a focused laser beam is applied to an object having a refractive index larger than the surrounding medium. Until now, many researches related to optical tongs have been conducted to measure mechanical / physical / chemical properties of other objects using micro / nano sized spheres, but recently, two-photon polymerization technology or semiconductor for application to micro devices has been studied. There are a lot of researches to capture the micro components manufactured by the process.

하지만 복잡한 형상의 마이크로 부품은 보통 형상이 대칭적이지 않아 가우시안 빔을 이용한 싱글 트랩과 같은 단순한 광포획 방법으로는 물체를 원하는 자세로 안정적으로 포획하기 어렵다. 특히 마이크로 모터와 마이크로 펌프 등의 응용으로 사용되는 마이크로 크기의 링 형상의 물체는 가우시안 빔 기반 싱글 트랩으로 포획 시 물체의 굴절률이 주위 매질보다 클 경우에는 물체의 반경방향이 광축으로 정렬되며, 포텐셜의 평형이 쉽게 깨져서 위치 및 자세 제어가 힘들다. 이와 관련된 종래의 기술은 도 1을 참조하여 설명한다.However, complicatedly shaped micro-components are usually not symmetrical in shape, making it difficult to stably capture an object in a desired posture by a simple light trapping method such as a single trap using a Gaussian beam. Particularly, micro-sized ring-shaped objects used for applications such as micro motors and micro pumps are Gaussian beam-based single traps, and when the refractive index of the object is larger than the surrounding medium when captured, the radial direction of the object is aligned with the optical axis. Equilibrium is easily broken, making position and posture control difficult. The related art in this regard will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 종래의 마이크로 링 포획 방법을 설명하기 위해 도시한 도이다.1 is a diagram illustrating a conventional micro ring capture method.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 종래의 광집게 시스템(10)은 가우시안 빔 생성부(100), 샘플 챔버부(200), 대물 렌즈부(300)로 구성된다. 가우시안 빔 생성부(100)에서 방사된 가우시안 빔은 대물 렌즈부(300)에 의해 집속된 후 마이크로 물체(900)와 매질을 포함하는 샘플 챔버부(200)에 조사된다. 여기서, DM은 색선별 거울(Dichroic Mirror)로서 가우시안 빔 생성부(100)에서 생성된 가우시안 빔을 샘플 챔버부(200)에 전송하고, 램프(500)에서 방사된 광이 샘플 챔버부(200) 및 대물 렌즈부(300)를 통과한 후 촬상부(400)로 전달되도록 한다. 여기서, M은 거울(Mirror), L1은 렌즈이다. As shown in FIG. 1A, the conventional optical tongs system 10 includes a Gaussian beam generation unit 100, a sample chamber unit 200, and an objective lens unit 300. The Gaussian beam emitted from the Gaussian beam generator 100 is focused by the objective lens unit 300 and then irradiated to the sample chamber 200 including the micro-object 900 and the medium. Here, the DM transmits the Gaussian beam generated by the Gaussian beam generator 100 to the sample chamber 200 as a dichroic mirror, and the light emitted from the lamp 500 is transferred to the sample chamber 200. And after passing through the objective lens unit 300 to be transferred to the imaging unit 400. Where M is a mirror and L1 is a lens.

이와 같은 광집게 시스템(10)에 의한 미세 물체 포획 방법은 가우시안 빔 싱글 트랩, 즉 하나의 가우시안 빔을 이용하여 미세 물체를 포획하는 방법을 사용하는데 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 링 형상을 갖는 마이크로 물체(900, micro-ring)의 중심부에 가우시안 빔 싱글 트랩(1000)을 조사하여 마이크로 링을 포획한다. 즉, 종래의 방법에서는 마이크로 링(900)의 굴절률이 주위 매질보다 작다는 제약 조건하에서, 가우시안 빔 싱글 트랩(1000)을 마이므로 링(900)의 구멍에 위치시켜 광축과 수직인 평면에서 마이크로 링(900)을 포획하였다. 포획이 일어나는 원리는 가우시안 빔 싱글 트랩(1000)의 초점 부근에서 마이크로 링(900)의 내벽에 작용하는 힘이 평형을 이루기 때문인 것으로 알려져 있다. The capturing method of the micro-objects by the optical clamp system 10 uses a Gaussian beam single trap, that is, a method of capturing the micro-objects using one Gaussian beam, which is illustrated in FIGS. 1 (b) and 1 (c). As shown in the figure, a micro ring is captured by irradiating a Gaussian beam single trap 1000 to the center of the ring-shaped micro object 900. That is, in the conventional method, under the constraint that the refractive index of the micro ring 900 is smaller than the surrounding medium, the Gaussian beam single trap 1000 is closed so that the micro ring in a plane perpendicular to the optical axis is placed in the hole of the ring 900. (900) was captured. The principle of the capture is known to be due to the equilibrium of the forces acting on the inner wall of the micro ring 900 near the focal point of the Gaussian beam single trap 1000.

하지만 이러한 종래의 방법은 마이크로 링의 굴절률이 주위 매질보다 반드시 작아야 하므로(nmicro -ring<nmedium), 물체의 굴절률이 주위 매질보다 큰 일반적인 광 포획 조건에서는 적용되기 어려운 문제점이 있었다. 따라서 물체의 굴절률이 주위 매질보다 큰 경우와, 같은 재질의 물체이나 형상이 다른 경우에는 어느 한 물체는 포획할 있지만 다른 물체는 포획할 수 없는 문제가 발생하게 되며, 이는 다양한 형상으로 이루어진 마이크로 부품들 간의 조립을 이루는 데 상당한 제약을 초래하는 문제점이 있었다.However, this conventional method has a problem in that the refractive index of the micro ring must be smaller than the surrounding medium (n micro -ring <n medium ), and thus, it is difficult to apply it in general light capture conditions in which the refractive index of the object is larger than the surrounding medium. Therefore, when the refractive index of the object is larger than the surrounding medium, and when the object or shape of the same material is different, a problem may occur in which one object can be captured but the other object cannot be captured. There has been a problem that causes considerable constraints in the assembly of the liver.

상술한 문제점을 해결하기 위한 관점으로부터 본 발명은 미세 물체를 포획하기 위한 레이저 빔을 미세 물체의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 위상을 변조하여 미세 물체를 포획하는 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법을 제공함을 기술적 과제로 한다.In view of the above-described problem, the present invention provides an optical tongs system for capturing fine objects by adaptively modulating a laser beam for capturing fine objects according to the number and shape of the fine objects and capturing fine objects using the same. It is a technical task to provide a method.

상기 기술적 과제와 관련하여, 본 발명은 레이저 빔의 위상을 변조하기 위해 미세 물체의 특성을 고려하여 제작된 홀로그램을 이용하여 LG 빔 또는 복수 개의 가우시안 빔으로 형성되는 광 트랩을 형성하여 미세 물체를 포획하기 위한 광집게 시스템 및 미세 물체 포획방법을 제공한다.In connection with the above technical problem, the present invention forms a light trap formed by the LG beam or a plurality of Gaussian beams using a hologram manufactured in consideration of the characteristics of the micro-object to modulate the phase of the laser beam to capture the micro-object To provide an optical tongs system and a method for capturing fine objects.

그러나, 본 발명의 기술적 과제는 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem of the present invention is not limited to the above-mentioned matters, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 광집게 시스템의 일 실시예에서는, 적어도 하나 이상의 미세 물체와 상기 미세 물체를 둘러싸는 매질을 포함하는 샘플 챔버부와, 상기 미세 물체를 포획 및 이동시키기 위해 상기 미세 물체의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 형성되는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부 및 상기 레이저 빔을 집속하여 상기 레이저 빔이 미세 물체에 조사되도록 포커싱 하는 대물 렌즈부를 포함한다.In one embodiment of the optical tongs system according to the present invention to achieve the above technical problem, the sample chamber portion including at least one or more micro-objects and a medium surrounding the micro-objects, and to capture and move the micro-objects The laser beam generating unit for generating a laser beam adaptively formed according to the number and shape of the fine object and an objective lens unit for focusing the laser beam to be irradiated to the fine object.

여기서, 상기 레이저 빔 생성부는 상기 미세 물체가 링 형상인 경우, 상기 레이저 빔을 링 형태의 강도(intensity) 분포를 갖는 LG(Languerre-Gaussian) 빔으로 형성하는 것이 바람직하다.Here, when the fine object has a ring shape, the laser beam generation unit preferably forms the laser beam as a LG (Languerre-Gaussian) beam having a ring-shaped intensity distribution.

그리고, 상기 레이저 빔 생성부는 가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기와, 홀로그램으로 상기 가우시안 빔의 위상을 변조하여 상기 LG 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator) 및 상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함하는 것도 바람직하다. The laser beam generator may further include a Gaussian beam generator for generating a Gaussian beam, a spatial light modulator (SLM) and a spatial light modulator for forming the LG beam by modulating the phase of the Gaussian beam with a hologram. It is also desirable to include a computer for transmitting the hologram.

또한, 상기 컴퓨터는 포획하고자 하는 상기 미세 물체의 개수 및 상기 미세 물체의 반경을 고려하여 상기 LG 빔의 개수 및 상기 LG 빔의 반경을 조절하기 위해 상기 홀로그램을 변경하고, 상기 홀로그램을 그레이 레벨 이미지 형태로 상기 공간 광 변조기로 전송한다.In addition, the computer changes the hologram to adjust the number of the LG beam and the radius of the LG beam in consideration of the number of the micro-objects to be captured and the radius of the micro-object, and converts the hologram into a gray level image form. To the spatial light modulator.

본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 레이저 빔 생성부는 상기 레이저 빔을 복수 개의 가우시안 빔으로 형성하며, 상기 대물 렌즈부는 상기 복수 개의 가우시안 빔을 집속하여 집속된 복수 개의 가우시안 빔을 상기 미세 물체의 형상에 대응되도록 조사되도록 함이 좋다.In another embodiment of the present invention, the laser beam generating unit forms the laser beam as a plurality of Gaussian beams, and the objective lens unit focuses the plurality of Gaussian beams to focus the plurality of Gaussian beams on the shape of the fine object. It is good to be irradiated to correspond.

여기서, 상기 레이저 빔 생성부는 가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기와, 홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔의 위상을 변조하여 복수 개의 가우시안 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator) 및 상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함할 수 있을 것이다.Here, the laser beam generator includes a Gaussian beam generator for generating a Gaussian beam, a spatial light modulator (SLM) for modulating the phase of the Gaussian beam using a hologram, and forming a plurality of Gaussian beams, and the spatial light. It may include a computer for transmitting the hologram to a modulator.

그리고, 상기 컴퓨터는 생성하고자 하는 상기 가우시안 빔의 개수를 고려하여 상기 홀로그램을 변경하고, 상기 홀로그램을 그레이 레벨 이미지 형태로 상기 공간 광 변조기로 전송하는 것도 좋다.The computer may change the hologram in consideration of the number of Gaussian beams to be generated and transmit the hologram to the spatial light modulator in the form of a gray level image.

또한, 상기 레이저 빔 생성부는 상기 가우시안 빔 생성기에서 생성된 가우시안 빔을 확대시킨 후 상기 공간 광 변조기로 전송시키는 빔 확장기를 더 포함하는 것도 좋다.The laser beam generator may further include a beam expander configured to enlarge the Gaussian beam generated by the Gaussian beam generator and transmit the same to the spatial light modulator.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 레이저 빔 생성부는 링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔을 동시에 형성시킬 수도 있을 것이다.In another embodiment of the present invention, the laser beam generation unit may simultaneously form a LG beam having a ring-shaped intensity distribution and a plurality of Gaussian beams.

이를 위해, 상기 레이저 빔 생성부는 가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기와, 홀로그램으로 상기 가우시안 빔의 위상을 변조하여 상기 LG 빔과 복수 개의 상기 가우시안 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator) 및 상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함하는 것이 좋다.To this end, the laser beam generator generates a Gaussian beam and a spatial light modulator (SLM) for forming the LG beam and the Gaussian beam by modulating the phase of the Gaussian beam with a hologram. And a computer for transmitting the hologram to the spatial light modulator.

또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시예에서, 상기 광집게 시스템은 상기 레이저 빔에 의해 포획된 상기 미세 물체의 이동을 실시간으로 확인하기 위한 촬상부를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in the above-described various embodiments of the present invention, it is more preferable that the optical tongs system further includes an imaging unit for checking in real time the movement of the micro-object captured by the laser beam.

한편, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 광집게 시스템을 이용한 미세 물체 포획방법은, (a) 가우시안 빔을 생성하는 단계와, (b) 포획하고자 하는 미세 물체의 개수 및 형상을 고려하여 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 단계 및 (c) 상기 위상 변조된 가우시안 빔의 초점 위치를 조절하여 상기 위상 변조된 가우시안 빔을 상기 미세 물체에 조사하여 상기 미세 물체를 포획하는 단계를 포함한다.On the other hand, in order to achieve the above technical problem, the method for capturing micro-objects using the optical tongs system according to the present invention includes (a) generating a Gaussian beam, and (b) considering the number and shape of the micro-objects to be captured. And modulating the Gaussian beam with each other, and (c) adjusting the focal position of the phase-modulated Gaussian beam to irradiate the micro-object with the phase-modulated Gaussian beam to capture the micro-object.

여기서, 상기 (b) 단계는 상기 가우시안 빔이 링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔 중 어느 하나 이상으로 형성되도록 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 것이 바람직하다. 그리고 여기의 LG 빔은 포획하고자 하는 상기 미세 물체의 개수 및 상기 미세 물체의 반경을 고려하여 상기 LG 빔의 개수 및 상기 LG 빔의 반경이 조절되는 것임이 바람직할 것이다.In the step (b), it is preferable to phase modulate the Gaussian beam such that the Gaussian beam is formed of at least one of a LG beam having a ring-shaped intensity distribution and a plurality of Gaussian beams. In addition, the LG beam here may be controlled to adjust the number of the LG beam and the radius of the LG beam in consideration of the number of the micro-objects to be captured and the radius of the micro-object.

또한, 상기 (b)단계는 홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 것이 바람직하다.Also, in the step (b), it is preferable to phase modulate the Gaussian beam using a hologram.

그리고, 상기 (c)단계 이후에 (d) 상기 포획된 미세 물체를 촬상부를 통해 실시간 관찰하면서 상기 미세 물체를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직할 것이다.Further, after step (c), it may be further preferable to further include the step of (d) moving the fine object while observing the captured fine object in real time through the imaging unit.

여기서, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 가우시안 빔이 공간 광 변조기에 입사되는 단계 및 (b2) 상기 공간 광 변조기에 입사된 가우시안 빔에 홀로그램을 적용하여 링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In the step (b), (b1) the Gaussian beam is incident on the spatial light modulator and (b2) the LG beam has a ring-shaped intensity distribution by applying a hologram to the Gaussian beam incident on the spatial light modulator. It may comprise the step of forming.

또한, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 가우시안 빔이 공간 광 변조기에 입사되는 단계 및 (b2) 상기 공간 광 변조기에 입사된 가우시안 빔에 홀로그램을 적용하여 복수 개의 가우시안 빔으로 형성하는 단계를 포함하는 것도 바람직할 것이다.In addition, the step (b) includes (b1) the Gaussian beam is incident on the spatial light modulator and (b2) applying a hologram to the Gaussian beam incident on the spatial light modulator to form a plurality of Gaussian beams It would also be desirable.

본 명세서의 기재내용으로부터 파악되는 본 발명에 의한 광집게 시스템에 의하면, 미세 물체의 형상 및 개수에 구애받지 않고 미세 물체를 포획하여 이동시킬 수 있다.According to the optical tongs system according to the present invention grasped from the description of the present specification, the micro-objects can be captured and moved regardless of the shape and number of the micro-objects.

또한, 본 발명에 따르면, 미세 물체의 굴절율이 매질의 굴절율보다 큰 일반적인 광 포획 조건에서 미세 물체를 포획할 수 있다.Further, according to the present invention, the micro-objects can be captured under general light capture conditions in which the refractive index of the micro-object is larger than the refractive index of the medium.

또한, 본 발명에 따르면, 복수 개의 미세 물체를 실시간으로 관찰하면서 조작할 수 있어 마이크로 파트(micro-parts)의 조립이 용이한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to operate while observing a plurality of fine objects in real time has the advantage of easy assembly of micro-parts (micro-parts).

도 1은 종래의 마이크로 링 포획 방법을 설명하기 위해 도시한 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법을 설명하기 위해 도시한 도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LG 빔 생성을 설명하기 위해 도시한 도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 물체 포획방법을 실험한 결과를 도시한 도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법을 설명하기 위해 도시한 도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 개의 가우시안 빔을 형성하기 위한 홀로그램을 예시적으로 도시한 도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 물체 포획방법을 실험한 결과를 도시한 도이다.1 is a view for explaining a conventional micro ring capture method,
2 is a view illustrating a photo clamp system and a method for capturing fine objects using the same according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating LG beam generation according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing the results of experiments in the method of capturing fine objects according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a view illustrating an optical clamping system and a method for capturing fine objects using the same according to another embodiment of the present invention;
6 exemplarily illustrates a hologram for forming a plurality of Gaussian beams according to another embodiment of the present invention;
7 is a view showing the results of experiments in the method of capturing fine objects according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소에 바로 연결될 수도 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description herein, when a component is described as being connected to another component, this means that the component may be directly connected to another component or an intervening third component may be interposed therebetween. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법을 설명하기 위해 도시한 도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an optical clamping system and a method of capturing fine objects using the same according to an embodiment of the present invention.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 광집게 시스템(20)은 샘플 챔버부(200), 레이저 빔 생성부(600) 및 대물 렌즈부(300)를 포함한다. As shown in FIG. 2A, the optical tongs system 20 according to the exemplary embodiment includes a sample chamber 200, a laser beam generator 600, and an objective lens unit 300.

샘플 챔버부(200)는 적어도 하나 이상의 미세 물체(900)와 상기 미세 물체(900)를 둘러싸는 매질을 포함하는 것으로 램프(500)의 광을 조사받을 수 있는 위치에 배치된다. The sample chamber 200 includes at least one fine object 900 and a medium surrounding the fine object 900, and is disposed at a position where the light of the lamp 500 can be irradiated.

레이저 빔 생성부(600)는 미세 물체(900)를 포획 및 이동시키기 위해 상기 미세 물체(900)의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 형성되는 레이저 빔을 생성한다. 여기의 일실시예에서 레이저 빔이 적응적으로 형성된다 함은 미세 물체의 형상이 링(ring) 형상인 경우 링 형상 미세 물체의 반경 및 크기 등을 고려하여 링 형상의 레이저 빔을 형성하는 것을 의미한다. 즉, 링 형상의 미세 물체(마이크로 링)를 포획하기 위해 레이저 빔 생성부(600)에서는 LG 빔 (Languerre-Gaussian Beam)을 생성한다.The laser beam generator 600 generates a laser beam that is adaptively formed according to the number and shape of the fine objects 900 in order to capture and move the fine objects 900. In the present exemplary embodiment, the laser beam is adaptively formed to form a ring-shaped laser beam in consideration of the radius and size of the ring-shaped fine object when the shape of the fine object is a ring shape. do. That is, the laser beam generator 600 generates an LG beam (Languerre-Gaussian Beam) in order to capture a ring-shaped fine object (micro ring).

이 LG 빔은 링 형태의 강도(intensity) 분포와 나선형의 위상 분포를 가지고 있는 빔으로 가우시안 빔의 위상을 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator)로 변조하여 생성되는 데, 공간 광 변조기를 이용하여 LG 빔을 생성하는 것에 관한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 설명한다.The LG beam has a ring-shaped intensity distribution and a spiral phase distribution. The LG beam is generated by modulating the phase of a Gaussian beam with a spatial light modulator (SLM). A detailed description of generating the LG beam will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LG 빔의 생성을 설명하기 위해 도시한 도이다.3 is a diagram illustrating the generation of an LG beam according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 생성부(600)는 가우시안 빔 생성기(100), 공간 광 변조기(700) 및 컴퓨터(800)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the laser beam generator 600 includes a Gaussian beam generator 100, a spatial light modulator 700, and a computer 800.

가우시안 빔 생성기(100)는 가우시안 빔을 생성하여 방출하고, 여기서 방출된 가우시안 빔은 공간 광 변조기(700)에 입사된다.The Gaussian beam generator 100 generates and emits a Gaussian beam, where the emitted Gaussian beam is incident on the spatial light modulator 700.

공간 광 변조기(700)는 상기 입사된 가우시안 빔을 위상 변조하여 LG 빔을 생성한다. 여기의 공간 광 변조기(700)는 컴퓨터(800)에서 제공되는 홀로그램을 이용하여 가우시안 빔을 LG 빔으로 형성한다. 즉, 이 LG 빔은 정수인 radial mode index (p)와 azimuthal mode index (l)에 의해 링의 개수 및 링의 반경이 결정된다. 생성된 LG 빔은 후술할 대물 렌즈부(300)로 집속되어 샘플 챔버(200)의 평면에서 링 트랩(ring trap)을 생성하며 링 트랩은 매질 속에 있는 굴절률이 높은 링 형상의 미세 물체(이하, 마이크로 링(900))를 포획한다. 마이크로 링(900)의 포획이 가능한 이유는 상기 링 트랩의 강도(intensity)가 강한 부분으로 끌어당겨지는 기울기 힘(gradient force)이 마이크로 링(900)에 작용하기 때문이다. 링 트랩은 azimuthal mode index를 증가시킴에 따라 링 반경이 선형적으로 증가하므로, 링 반경을 조절하면 다양한 크기의 마이크로 링을 포획할 수 있다. 마이크로 링을 포획하기 위해서는 마이크로 링의 크기가 링 트랩의 크기와 유사해야 하며 포획된 마이크로 링(900)은 후술할 촬상부(400)를 통해 관찰된다. The spatial light modulator 700 phase modulates the incident Gaussian beam to generate an LG beam. The spatial light modulator 700 forms a Gaussian beam as an LG beam using a hologram provided from the computer 800. That is, the number of rings and the radius of the ring are determined by the radial mode index (p) and the azimuthal mode index (l) which are integers of the LG beam. The generated LG beam is focused to the objective lens unit 300, which will be described later, to generate a ring trap in the plane of the sample chamber 200. The ring trap is a ring-shaped fine object having a high refractive index in a medium (hereinafter, Micro ring 900 is captured. The capture of the micro ring 900 is possible because a gradient force on the micro ring 900 is attracted to the portion where the intensity of the ring trap is strong. As the ring trap increases linearly with increasing azimuthal mode index, the ring radius can be adjusted to capture various sizes of micro rings. In order to capture the micro ring, the size of the micro ring must be similar to the size of the ring trap, and the captured micro ring 900 is observed through the imaging unit 400 to be described later.

도 3에 도시된 예에서는 공간 광 변조기(700)에 전송된 홀로그램으로 가우시안 빔의 위상을 변조하여 LG 빔을 생성하는 방법이 도시되어 있다. LG 빔을 만들기 위해 사용하는 홀로그램은 azimuthal mode index에 따라 다른 형태를 가지며, 도 3에서는 azimuthal mode index가 10일 때의 홀로그램을 컴퓨터에서 계산한 후 공간 광 변조기(700)로 전송하는 것을 보이고 있다. 이외에도 LG 빔을 만드는 방법은 DOE(Diffractive Optical Element), cylindrical lens쌍으로 이루어진 mode converter, phase plate를 이용하는 방법들이 사용되는 것도 가능함에 유의해야 한다.In the example shown in FIG. 3, a method of generating an LG beam by modulating a phase of a Gaussian beam with a hologram transmitted to the spatial light modulator 700 is illustrated. The hologram used to make the LG beam has a different shape according to the azimuthal mode index, and FIG. 3 shows that the hologram when the azimuthal mode index is 10 is calculated by a computer and then transmitted to the spatial light modulator 700. In addition, it should be noted that a method of making an LG beam may use a method using a diffractive optical element (DOE), a mode converter composed of a cylindrical lens pair, and a phase plate.

다시 도 2를 참조하면, 대물 렌즈부(300)는 레이저 빔을 집속하여 미세 물체에 집속된 레이저 빔을 조사한다. 즉, 대물 렌즈부(300)는 대물 렌즈부로 집속된 LG 빔이 미세 물체(900)에 조사되는 광 트랩(1000')으로 형성하기 위해 LG 빔을 미세 물체(900)로 포커싱하는 기능을 담당한다. 기타, 도 2의 참조부호 DM,L1 및 M은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.Referring back to FIG. 2, the objective lens unit 300 focuses the laser beam and irradiates the laser beam focused on the fine object. That is, the objective lens unit 300 is responsible for focusing the LG beam on the fine object 900 to form the LG beam focused on the objective lens unit as a light trap 1000 ′ irradiated to the fine object 900. . In addition, since reference numerals DM, L1, and M of FIG. 2 are the same as those described with reference to FIG. 1, description thereof is omitted here.

또한, 촬상부(400)는 램프(500)에서 조사된 광이 입사되어 샘플 챔버부(200)에서 미세 물체(900)가 광 포획된 상태 및 미세 물체(900)가 조작되는 과정을 실시간으로 관찰할 수 있도록 구비된다. 여기의 촬상부(400)는 CCD (Charge-Coupled Device) 카메라가 사용됨이 바람직하나, 이에 국한되지 않고 CMOS 카메라 등 샘플 챔버부(200)에서의 미세 물체(900)의 포획 및 이동을 실시간 관찰할 수 있는 다양한 카메라가 사용될 수 있다.In addition, the imaging unit 400 observes in real time the state in which the light irradiated from the lamp 500 is incident and the micro-object 900 is captured in the sample chamber 200 and the process of the micro-object 900 is manipulated. It is provided to be. Here, the imaging unit 400 is preferably a charge-coupled device (CCD) camera, but is not limited thereto. The capturing and movement of the micro-objects 900 in the sample chamber 200, such as a CMOS camera, may be observed in real time. Various cameras may be used.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 물체 포획방법을 실험한 결과를 도시한 도이다.4 is a view showing the results of experiments in the method of capturing fine objects according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 실험에서는 azimuthal mode index가 20인 LG 빔(LG0 ,20)을 이용하여 외경이 8μm, 내경이 4.5μm, 두께가 2μm인 마이크로 링을 포획하였다. 도 4(a)는 마이크로 링을 포획한 도이고, 도 4(b)는 포획된 마이크로 링을 좌측으로 이동시킨 도이며 도 4(c)는 샘플 챔버의 깊이 방향 (광축방향)으로 마이크로 링을 들어 올린 모습을 도시한 도로써, 이는 주위 물체들의 포커싱 정도가 달라진 것으로부터 확인된다. As shown in FIG. 4, in an experiment according to an embodiment, a micro ring having an outer diameter of 8 μm, an inner diameter of 4.5 μm, and a thickness of 2 μm was captured using an LG beam (LG 0 , 20 ) having an azimuthal mode index of 20. . Figure 4 (a) is a view of capturing the micro ring, Figure 4 (b) is a view to move the captured micro ring to the left and Figure 4 (c) shows the micro ring in the depth direction (optical axis direction) of the sample chamber As a figure showing the lifted-up figure, this is confirmed by the change in the focusing degree of surrounding objects.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법에 관한 설명을 개시한다. 다른 실시예에 따른 광집게 시스템은 미세 물체의 굴절률이 주위 매질보다 큰 일반적인 광포획 조건에서 미세 물체를 포획하는 것이 가능한데, 미세 물체의 안정적인 포획을 위해 미세 물체 상에 다수의 트랩을 동일한 간격으로 배치시키는 방법을 사용한다. 따라서 다양한 형상의 마이크로 부품을 같은 공간에서 포획할 수 있다.Hereinafter, a description will be given of an optical tongs system according to another embodiment of the present invention and a method for capturing fine objects using the same. According to another embodiment of the present invention, the optical tongs system is capable of capturing the micro-objects under general light capture conditions in which the refractive index of the micro-object is larger than the surrounding medium. Use the method to make it. Therefore, micro-components of various shapes can be captured in the same space.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광집게 시스템 및 이를 이용한 미세 물체 포획방법을 설명하기 위해 도시한 도이다. 다른 실시예에 따른 광집게 시스템(30)은 샘플 챔버부(200), 가우시안 빔 생성기(100), 공간 광 변조기(700) 및 대물 렌즈부(300)를 포함한다. 샘플 챔버부(200) 및 대물 렌즈부(300)에 대한 설명은 상술한 바로 갈음하고, 여기서는 가우시안 빔 생성기(100) 및 공간 광 변조기(700)에 관해 상세히 설명한다.FIG. 5 is a diagram illustrating an optical tongs system and a method of capturing fine objects using the same according to another embodiment of the present invention. The optical tongs system 30 according to another embodiment includes a sample chamber 200, a Gaussian beam generator 100, a spatial light modulator 700, and an objective lens unit 300. The description of the sample chamber unit 200 and the objective lens unit 300 will be replaced with the above description, and the Gaussian beam generator 100 and the spatial light modulator 700 will be described in detail.

가우시안 빔 생성기(100)는 광 트랩을 형성하기 위한 가우시안 빔을 생성하고, 여기서 생성된 가우시안 빔은 공간 광 변조기(700)에 입사된다. 또한, 공간 광 변조기(700)는 컴퓨터(800)에서 제공되는 홀로그램을 입력받아 상기 가우시안 빔을 위상 변조하여 복수 개의 가우시안 빔을 형성한다. 즉, 공간 광 변조기(700)는 포획하고자 하는 미세 물체의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 복수 개의 가우시안 빔을 형성한다. 여기서 복수 개의 가우시안 빔을 적응적으로 형성한다 함은 예를 들면, 미세 물체의 형상이 원기둥 형상(rod)인 경우 상기 미세 물체의 길이 방향을 따라 동일한 간격으로 배열된 초점들을 형성할 수 있는 복수 개의 가우시안 빔을 형성하는 것이며, 이러한 미세 물체들이 여러 개 존재하는 경우에도 상술한 바와 마찬가지로 미세 물체들의 형상을 따라 배열되는 초점들 형성할 수 있도록 복수 개의 가우시안 빔을 형성한다는 의미이다.The Gaussian beam generator 100 generates a Gaussian beam for forming a light trap, where the generated Gaussian beam is incident on the spatial light modulator 700. In addition, the spatial light modulator 700 receives a hologram provided from the computer 800 and phase modulates the Gaussian beam to form a plurality of Gaussian beams. That is, the spatial light modulator 700 adaptively forms a plurality of Gaussian beams according to the number and shape of the fine objects to be captured. Here, adaptively forming a plurality of Gaussian beams means that, for example, when the shape of the fine object is a rod, a plurality of focus points arranged at equal intervals along the length direction of the fine object may be formed. This means that a Gaussian beam is formed and a plurality of Gaussian beams are formed so as to form focal points arranged along the shapes of the micro-objects even when the micro-objects are present.

바람직하게는, 가우시안 빔 생성기(100)에서 출력된 가우시안 빔은 두 개의 렌즈로 이루어진 빔 확장기(150)에 의해 2배 확대되며, 확대된 가우시안 빔은 제1 거울(M1)을 통해 공간 광 변조기(700)에 입사된다. 공간 광 변조기(700)는 컴퓨터(800)에서 제공되는 홀로그램을 입력받아 가우시안 빔을 복수 개의 가우시안 빔으로 형성한다. 복수 개의 가우시안 빔은 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)를 통해 색선별거울(DM, Dichroic Mirror))에서 대물 렌즈부(300)로 전달되어 집속된다. 대물 렌즈부(300)에 의해 집속된 복수 개의 가우시안 빔은 샘플 챔버부(200)에 존재하는 미세 물체(900)를 포획하기 위해 상기 미세 물체에 조사된다. 이러한 복수 개의 가우시안 빔을 복수 개의 가우시안 빔 싱글 트랩이라 지칭한다. 이 때, 복수 개의 가우시안 빔 싱글 트랩은 사용자의 제어에 따라 자유롭게 위치 제어 되어 미세 물체(900)의 형상에 대응하도록 형성된다.Preferably, the Gaussian beam output from the Gaussian beam generator 100 is enlarged twice by the beam expander 150 composed of two lenses, and the enlarged Gaussian beam is spaced through the first mirror M1. 700). The spatial light modulator 700 receives a hologram provided from the computer 800 and forms a Gaussian beam into a plurality of Gaussian beams. The plurality of Gaussian beams are transmitted from the dichroic mirror (DM) to the objective lens unit 300 through the first lens L1 and the second lens L2 and are focused. The plurality of Gaussian beams focused by the objective lens unit 300 are irradiated onto the micro-objects to capture the micro-objects 900 present in the sample chamber 200. Such a plurality of Gaussian beams are referred to as a plurality of Gaussian beam single traps. In this case, the plurality of Gaussian beam single traps may be freely position-controlled according to the user's control to correspond to the shape of the micro-object 900.

따라서, 도 5(b)에서와 같이, 링 형상의 미세 물체(마이크로 링, 900)의 경우 마이크로 링(900)의 둘레를 따라 배열되는 복수 개의 가우시안 빔 싱글 트랩(1000")을 형성한다.Thus, as shown in FIG. 5 (b), in the case of a ring-shaped fine object (micro ring, 900), a plurality of Gaussian beam single traps 1000 ″ are arranged along the circumference of the micro ring 900.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 개의 가우시안 빔을 형성하기 위한 홀로그램을 예시적으로 도시한 도이다.6 is a diagram exemplarily illustrating a hologram for forming a plurality of Gaussian beams according to another exemplary embodiment of the present invention.

공간 광 변조기(700)로 입사된 가우시안 빔은 홀로그램에 의해 미세 물체의 형상을 커버할 수 있는 복수 개의 가우시안 빔을 형성할 수 있다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 링 형상의 미세 물체를 포획하기 위해 복수 개의 가우시안 빔 싱글 트랩(1000")으로 이루어진 광 트랩을 생성하기 위한 홀로그램을 예시적으로 나타낸 도로써, 여기서 도 6(a)는 5개의 가우시안 빔 싱글 트랩(1000")을 형성하기 위해 사용된 홀로그램이며, 도 6(b)는 8개의 가우시안 빔 싱글 트랩(1000")을 형성하기 위해 사용된 홀로그램이다. The Gaussian beam incident to the spatial light modulator 700 may form a plurality of Gaussian beams that may cover the shape of the fine object by the hologram. 6 (a) and 6 (b) are exemplary views illustrating a hologram for generating an optical trap composed of a plurality of Gaussian beam single traps 1000 ″ for capturing ring-shaped micro-objects, wherein FIG. 6 (a) is a hologram used to form five Gaussian beam single traps 1000 ", and FIG. 6 (b) is a hologram used to form eight Gaussian beam single traps 1000".

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 물체 포획방법을 실험한 결과를 도시한 도이다.7 is a view showing the results of experiments in the method of capturing fine objects according to another embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 실험에서는 복수 개의 가우시안 싱글 빔 트랩을 이용하여 외경이 8μm, 내경이 5μm, 두께가 5μm인 마이크로 링을 포획하였다. 도 7(a)는 광포획 전 마이크로 링이 매질(물) 속에 자유롭게 있는 상태를 나타낸다. 단일의 가우시안 빔 싱글 트랩을 마이크로 링 가까이 가져갔을 경우에는 도 7(b)에서와 같이 마이크로 링이 회전되어 광축으로 정렬되는 현상이 발생하였고 이로 인해 포획된 마이크로 링의 자세 제어가 어려웠다. 그러나, 다른 실시예에서 제안된 방법으로 복수의 가우시안 빔 싱글 트랩을 미세 물체상에 배치였을 경우에는 도 7(c)에서와 같이 마이크로 링을 광축과 수직인 평면에서 포획할 수 있었으며 포획된 마이크로 링을 위치를 쉽게 제어할 수 있었다. 포획을 위해 노란색 점으로 표시된 5개의 가우시안 빔 싱글 트랩을 사용하였다. 그러나, 더 많은 트랩을 균일한 간격으로 배치한다면 더욱 안정적으로 마이크로 링을 포획함이 가능하다. As shown in FIG. 7, in an experiment according to another embodiment, a micro ring having an outer diameter of 8 μm, an inner diameter of 5 μm, and a thickness of 5 μm was captured using a plurality of Gaussian single beam traps. Fig. 7 (a) shows a state in which the micro ring is free in the medium (water) before light capture. When a single Gaussian beam single trap was brought close to the micro ring, as shown in FIG. 7 (b), the micro ring was rotated to align with the optical axis, which made it difficult to control the attitude of the captured micro ring. However, when a plurality of Gaussian beam single traps were placed on a fine object by the method proposed in another embodiment, the micro ring could be captured in a plane perpendicular to the optical axis as shown in FIG. It was easy to control the location. Five Gaussian beam single traps marked with yellow dots were used for capture. However, if more traps are placed at even intervals, it is possible to capture the micro ring more stably.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 레이저 빔 생성부에서 링 형태의 강도 분포를 갖는 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔을 동시에 생성하여 미세 물체의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 광 트랩을 형성한다. 즉, 레이저 빔 생성부를 구성하는 공간 광 변조기는 입력된 가우시안 빔을 컴퓨터가 제공하는 홀로그램을 이용하여 위상 변조하여 동시에 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔을 형성한다. 가우시안 빔의 위상 변조에 의해 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔을 동시에 형성하는 방법은 상술한 LG 빔 또는 복수 개의 가우시안 빔을 형성하는 방법을 참조하는 것에 의해 쉽게 구현될 수 있으므로 여기서는 이에 대한 설명을 생략한다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the laser beam generation unit simultaneously generates the LG beam having the ring-shaped intensity distribution and the plurality of Gaussian beams to adaptively form the light trap according to the number and shape of the fine objects. . That is, the spatial light modulator constituting the laser beam generator phase modulates the input Gaussian beam using a hologram provided by a computer to simultaneously form the LG beam and the plurality of Gaussian beams. Since the method of simultaneously forming the LG beam and the plurality of Gaussian beams by the phase modulation of the Gaussian beam can be easily implemented by referring to the above-described method of forming the LG beam or the plurality of Gaussian beams, the description thereof is omitted here. .

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined solely by the claims appended hereto, and that all equivalents or equivalent variations thereof fall within the spirit and scope of the invention.

Claims (18)

적어도 하나 이상의 미세 물체와 상기 미세 물체를 둘러싸는 매질을 포함하는 샘플 챔버부;
상기 미세 물체를 포획 및 이동시키기 위해 상기 미세 물체의 개수 및 형상에 따라 적응적으로 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부; 및
상기 레이저 빔을 집속하여 상기 레이저 빔이 미세 물체에 조사되도록 포커싱하는 대물 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.A sample chamber portion comprising at least one micro-object and a medium surrounding the micro-object;
A laser beam generator for adaptively generating a laser beam according to the number and shape of the fine objects to capture and move the fine objects; And
And an objective lens unit focusing the laser beam so that the laser beam is irradiated onto a fine object. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
상기 미세 물체가 링 형상인 경우,
상기 레이저 빔을 링 형태의 강도(intensity) 분포를 갖는 LG(Languerre-Gaussian) 빔으로 형성하는 것임을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 1, wherein the laser beam generating unit
If the fine object is ring-shaped,
And forming the laser beam into a LG (Languerre-Gaussian) beam having a ring-shaped intensity distribution. 제2항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기;
홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔을 위상 변조하여 상기 LG 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator); 및
상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 2, wherein the laser beam generating unit
A Gaussian beam generator for generating a Gaussian beam;
A spatial light modulator (SLM) for phase modulating the Gaussian beam using a hologram to form the LG beam; And
And a computer for transmitting the hologram to the spatial light modulator. 제3항에 있어서, 상기 컴퓨터는
포획하고자 하는 상기 미세 물체의 개수 및 상기 미세 물체의 반경을 고려하여 상기 LG 빔의 개수 및 상기 LG 빔의 반경이 조절되도록 상기 홀로그램을 변경하고, 상기 홀로그램을 그레이 레벨 이미지 형태로 상기 공간 광 변조기로 전송하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.4. The computer system of claim 3, wherein the computer is
The hologram is changed to adjust the number of the LG beams and the radius of the LG beam in consideration of the number of the micro-objects and the radius of the micro-objects to be captured, and convert the hologram to the spatial light modulator in the form of a gray level image. Optical tongs system, characterized in that for transmitting. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
상기 레이저 빔을 복수 개의 가우시안 빔으로 형성하며, 상기 대물 렌즈부는 상기 복수 개의 가우시안 빔을 집속하여 상기 집속된 복수 개의 가우시안 빔을 상기 미세 물체의 형상에 대응되도록 조사하는 것임을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 1, wherein the laser beam generating unit
And a plurality of Gaussian beams, wherein the objective lens unit focuses the plurality of Gaussian beams to irradiate the plurality of focused Gaussian beams to correspond to the shape of the fine object. 제5항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기;
홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔의 위상을 변조하여 상기 복수 개의 가우시안 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator); 및
상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 5, wherein the laser beam generating unit
A Gaussian beam generator for generating a Gaussian beam;
A spatial light modulator (SLM) for modulating the phase of the Gaussian beam using a hologram to form the plurality of Gaussian beams; And
And a computer for transmitting the hologram to the spatial light modulator. 제6항에 있어서, 상기 컴퓨터는
형성하고자 하는 상기 가우시안 빔의 개수를 고려하여 상기 홀로그램을 변경하고, 상기 홀로그램을 그레이 레벨 이미지 형태로 상기 공간 광 변조기로 전송하는 것임을 특징으로 하는 광집게 시스템.The computer of claim 6, wherein the computer is
And changing the hologram in consideration of the number of Gaussian beams to be formed, and transmitting the hologram to the spatial light modulator in the form of a gray level image. 제6항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
상기 가우시안 빔 생성기에서 생성된 가우시안 빔을 확대시킨 후 상기 공간 광 변조기로 전송하기 위한 빔 확장기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 6, wherein the laser beam generating unit
And a beam expander for enlarging the Gaussian beam generated by the Gaussian beam generator and transmitting it to the spatial light modulator. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔을 동시에 생성하는 것임을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 1, wherein the laser beam generating unit
And a LG beam having a ring-shaped intensity distribution and a plurality of Gaussian beams simultaneously. 제9항에 있어서, 상기 레이저 빔 생성부는
가우시안 빔을 생성하는 가우시안 빔 생성기;
홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔의 위상을 변조하여 상기 LG 빔과 상기 복수 개의 가우시안 빔을 형성하는 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator); 및
상기 공간 광 변조기에 상기 홀로그램을 전송하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 9, wherein the laser beam generating unit
A Gaussian beam generator for generating a Gaussian beam;
A spatial light modulator (SLM) for modulating the phase of the Gaussian beam using a hologram to form the LG beam and the plurality of Gaussian beams; And
And a computer for transmitting the hologram to the spatial light modulator. 제1항에 있어서, 상기 광집게 시스템은
상기 레이저 빔에 의해 포획된 상기 미세 물체의 이동을 실시간으로 확인하기 위한 촬상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광집게 시스템.The method of claim 1, wherein the optical tongs system
And an imaging unit for confirming in real time the movement of the micro-object captured by the laser beam. (a) 가우시안 빔을 생성하는 단계;
(b) 포획하고자 하는 미세 물체의 개수 및 형상을 고려하여 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 단계; 및
(c) 상기 위상 변조된 가우시안 빔의 초점 위치를 조절하고 상기 위상 변조된 가우시안 빔을 상기 미세 물체에 조사하여 상기 미세 물체를 포획하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.(a) generating a Gaussian beam;
(b) phase modulating the Gaussian beam in consideration of the number and shape of fine objects to be captured; And
and (c) adjusting the focal position of the phase-modulated Gaussian beam and irradiating the phase-modulated Gaussian beam to the micro-object to capture the micro-object. 제12항에 있어서, 상기 (b) 단계는
상기 가우시안 빔이 링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔과 복수 개의 가우시안 빔 중 어느 하나 이상으로 형성되도록 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 것임을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.The method of claim 12, wherein step (b)
And capturing the Gaussian beam such that the Gaussian beam is formed of at least one of an LG beam having a ring-shaped intensity distribution and a plurality of Gaussian beams. 제13항에 있어서, 상기 (b)단계는
홀로그램을 이용하여 상기 가우시안 빔을 위상 변조하는 것임을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.The method of claim 13, wherein step (b)
And capturing the Gaussian beam using a hologram. 제14항에 있어서, 상기 (c)단계 이후에
(d) 상기 포획된 미세 물체를 촬상부를 통해 실시간 관찰하면서 상기 미세 물체를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.15. The method of claim 14, wherein after step (c)
and (d) moving the fine object while observing the captured fine object in real time through an image capturing unit. 제13항에 있어서, 상기 (b)단계는
(b1) 상기 가우시안 빔이 공간 광 변조기에 입사되는 단계; 및
(b2) 상기 공간 광 변조기에 입사된 가우시안 빔에 홀로그램을 적용하여 링 형태의 강도분포를 갖는 LG 빔으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.The method of claim 13, wherein step (b)
(b1) the Gaussian beam is incident on a spatial light modulator; And
and (b2) applying the hologram to the Gaussian beam incident on the spatial light modulator to form an LG beam having a ring-shaped intensity distribution. 제13항에 있어서, 상기 (b)단계는
(b1) 상기 가우시안 빔이 공간 광 변조기에 입사되는 단계; 및
(b2) 상기 공간 광 변조기에 입사된 가우시안 빔에 홀로그램을 적용하여 복수 개의 가우시안 빔으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.The method of claim 13, wherein step (b)
(b1) the Gaussian beam is incident on a spatial light modulator; And
(b2) applying a hologram to the Gaussian beam incident on the spatial light modulator to form a plurality of Gaussian beams. 제14항에 있어서, 상기 LG 빔은
포획하고자 하는 상기 미세 물체의 개수 및 상기 미세 물체의 반경을 고려하여 상기 LG 빔의 개수 및 상기 LG 빔의 반경이 조절되는 것임을 특징으로 하는 미세 물체 포획방법.The method of claim 14, wherein the LG beam is
And the number of the LG beams and the radius of the LG beams are adjusted in consideration of the number of the micro-objects and the radius of the micro-objects to be captured.
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