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Verwandte Anleitungen für THORLABS EDU-OT2
Inhaltszusammenfassung für THORLABS EDU-OT2
- Seite 1 EDU-OT2 EDU-OT2/M Tragbare Optische Pinzette Handbuch...
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Seite 2: Inhaltsverzeichnis
Tragbare Optische Pinzette Inhaltsverzeichnis Kapitel 1 Warnsymbole ................1 Kapitel 2 Sicherheitshinweise ..............2 Kapitel 3 Einleitung ..................3 Kapitel 4 Grundlagen ................... 5 4.1. Dipolansatz im Rayleigh-Regime R << ........5 4.2. Strahlenoptischer Ansatz mit dem Mie-Regime R >> ..... - Seite 3 Die Brownsche Bewegung ..............71 7.5.2. Die maximale Haltekraft ................73 Kapitel 8 Didaktischer Kommentar ............75 Kapitel 9 Ansteuerung mittels eines Gamepads ........84 Kapitel 10 Problembehandlung ..............87 Kapitel 11 Bestimmungen ................89 Kapitel 12 Thorlabs weltweit ..............90...
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Seite 4: Kapitel 1 Warnsymbole
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 1: Warnsymbole Kapitel 1 Warnsymbole Die hier aufgeführten Warnsymbole finden sie eventuell in diesem Handbuch oder auf dem Produkt. Symbol Beschreibung Gleichstrom Wechselstrom Gleich- und Wechselstrom Erdungsanschluss Schutzleiteranschluss Chassisanschluss Potenzialgleichheit An (Versorgung) Aus (Versorgung) Ein-Position Aus-Position Vorsicht: Risiko eines elektrischen Schlages Vorsicht: Heiße Oberfläche Vorsicht: Gefahr... -
Seite 5: Kapitel 2 Sicherheitshinweise
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 2: Sicherheitshinweise Kapitel 2 Sicherheitshinweise WARNUNG Die in diesem Produkt enthaltene Laser-Diode der Klasse 3B emittiert eine Leistung von über 50 mW, was ernste Augen-Schäden zur Folge haben kann, wenn man sich dem Laser-Licht aussetzt. Der Laser-Treiber ist mit einem Schlüsselschalter und einer Schaltsperre ausgestattet, welche zur Gefahrenabwehr verwendet werden sollten. -
Seite 6: Kapitel 3 Einleitung
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 3: Einleitung Kapitel 3 Einleitung Allein mit Hilfe von Licht Objekte kontrolliert bewegen zu können hört sich für viele zunächst nach Science-Fiction an („Traktorstrahl“). Mit einer optischen Pinzette ist genau dies jedoch möglich. In vielen Forschungsbereichen werden solche Geräte genutzt, beispielsweise um sehr kleine Kräfte im Bereich von Piconewton zu messen oder Mikromaschinen zu kontrollieren... - Seite 7 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 3: Einleitung Kamera Strahlengang Mikroskop Strahlengang Laser Laser Probe Skizze des Strahlengangs in der optischen Pinzette. Seite 4 MTN012639-D03...
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Seite 8: Kapitel 4 Grundlagen
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Kapitel 4 Grundlagen Die Wirkungsweise einer optischen Pinzette zu beschreiben reduziert sich letztlich darauf, folgendes System zu betrachten: Man untersucht die Kraft, die ein fokussierter Laser mit einem Gaußschen Intensitätsprofil (die sog. TEM -Mode) auf ein Objekt ausübt, das sich in der Nähe des oder im Fokus befindet. - Seite 9 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Zeitpunkt �� ist die Stärke des elektrischen Feldes für alle Punktdipole des Kügelchens gleich groß. Daraus folgt, dass für alle �� Punktdipole das induzierte Dipolmoment gleich groß ist. Die aus den induzierten Dipolmomenten entstehende Polarisation �� ⃗ ist dann ��...
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Seite 10: Strahlenoptischer Ansatz Mit Dem Mie-Regime R
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Dabei ist �� die einfallende Intensität und �� der Streuquerschnitt des einfallenden Lichts. Wichtig ist: Die Streukraft ist proportional zur Intensität und zeigt in die Strahlrichtung. Strahlenoptischer Ansatz mit dem Mie-Regime R >> 4.2. - Seite 11 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Reflexion und Transmission eines einfallenden Teilstrahls an den Innen- und Außenflächen des Probenkügelchens (aus: A A, s.o.) SHKIN Im Inneren der Kugel wird der Strahl mehrfach reflektiert und transmittiert. Ein Teil des Strahls wird immer wieder an der Kugelinnenwand reflektiert und verbleibt in der Kugel, der Rest gelangt durch Transmission wieder aus der Kugel heraus.
- Seite 12 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen ( sin ( 2�� − 2�� ) + �� cos ( 2�� )) �� �� sin ( 2�� ) − �� = �� (16) �� �� cos ( 2�� ) 1 + �� + 2�� ��...
- Seite 13 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Abbildung 3 zeigt den Verlauf der beiden �� −Faktoren in Abhängigkeit des Einfallswinkels �� für die Situation, wenn sich der Fokus leicht oberhalb der Kugeloberfläche befindet. Man sieht daran, dass �� fast über den gesamten Bereich negativ ist, d.h. die Kraft wirkt in die ��...
- Seite 14 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Abbildung 5 zeigt einen unter dem Winkel auf eine Probenkugel einfallenden Teilstrahl in der Seitenansicht, es gilt: (19) �� = sin �� ∙ �� = sin �� ∙ �� sowie (20) sin �� = �� √ �� ⁄...
- Seite 15 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Zum Beitrag eines Teilstrahls zur Gesamtkraft Stellt man sich nun alle Teilstrahlen rotationssymmetrisch um die Strahlachse vor, so erkennt man leicht, dass sich in der Situation in Abbildung 6 alle Komponenten in x- und y-Richtung aufheben und nur die resultierenden Beiträge in z-Richtung (nach dem in Abbildung 6 eingezeichneten Koordinatensystem) übrig bleiben.
- Seite 16 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen In Abbildung 7 sind nun jeweils die Gradientenkraft, die Streukraft und die resultierende Gesamtkraft in Abhängigkeit von der Position S des Strahlfokus relativ zum Radius R der Kugel aufgetragen. Wir verschieben hierbei die Fokusposition entlang der z-Achse von unten nach oben durch die Mitte einer Probenkugel.
- Seite 17 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Man erkennt hier auch, dass die Gradientenkraft überall betragsmäßig größer ist als die Streukraft. Dies ist essentiell dafür, dass überhaupt Teilchen stabil in der Falle gehalten werden können. Voraussetzung dafür ist eine geeignet hohe numerische Apertur des verwendeten Mikroskop-Objektivs (diese verursacht die Winkelbeiträge in den Gleichungen für die Kräfte).
- Seite 18 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Einfluss der Numerischen Apertur Wie wir oben gesehen haben, spielt der Einfallswinkel, unter dem die Teilstrahlen auf die Kugel treffen, eine wesentliche Rolle. Dieser Winkel wird bestimmt durch die numerische Apertur des Objektivs: Die numerische Apertur NA ist grundsätzlich definiert als das Produkt aus dem Sinus des halben Öffnungswinkels des Objektivs (objektseitig) und dem Brechungsindex n des Materials zwischen Objektiv und Fokus: ��...
- Seite 19 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 4: Grundlagen Einfluss der Laserleistung Während die numerische Apertur sich auf das Verhältnis der Gradienten- und der Streukraft auswirkt, hat die Laserleistung direkten Einfluss auf die einzelnen Kräfte: Wie man an den Gleichungen (13) �� �������� ��...
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Seite 20: Kapitel 5 Lieferumfang
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang Kapitel 5 Lieferumfang Für das metrische Versuchspaket gelten zum Teil andere Artikelnummern als für das zöllige Paket. Wenn die Nummern unterschiedlich sind, dann bezeichnet das „(/M)“ das metrische Teil. So bezeichnet beispielsweise KC1-T einen Halter mit zölligen Gewinden und KC1-T/M den Halter mit metrischen Gewinden. -
Seite 21: Strahlaufweitung
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.2. Strahlaufweitung 2 x ER1 2 x ER3 2 x ER10 Ø6 mm Käfig-Stange, 1" Ø6 mm Käfig-Stange, 3" Ø6 mm Käfig-Stange, 10" lang lang lang 2 x ER6 Ø6 mm Käfig-Stange, 6" 4 x CP09(/M) 1 x LA1074-A lang Herausnehmbare... -
Seite 22: Justierspiegel
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.3. Justierspiegel 2 x SM1L05 2 x PF10-03-P01 2 x KCB1(/M) Ø1" Lens Tube, 0.5" lang Ø1" Silberspiegel Kinematischer Spiegelhalter für Käfigsystem 2 x SM1L10 2 x SM1CPL10 Ø1" Lens Tube, 1" lang SM1 Lens Tube Koppler, 1.0"... -
Seite 23: Probenpositioniertisch
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.4. Probenpositioniertisch 1 x MT1B(/M) 2 x MT1(/M)-Z8 Manueller Verfahrtisch, Motorisierter Verfahrtisch, 2 x KDC101 1/2" (13 mm) Verfahrweg 1/2" (12 mm) Verfahrweg K-Cube DC Servomotor Modul 1 x MT401(/M) Grundplatte des 1 x MT402 Probenpositioniertischs Haltewinkel 2 x KPS101... -
Seite 24: Mikroskop
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.5. Mikroskop 1 x SM1L15 1 x DCC1645C Ø1" Lens Tube, 1.5" lang 2 x SM1T2 Hochauflösende CMOS Ø1" Lens Tube Koppler Kamera 2 x FGB37 Ø25 mm BG40 Bandpass-Filter, 1 x SPT1(/M) 4 x CP02(/M) 335 –... - Seite 25 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 1 x SM1A17 1 x SM1CP2 1 x Zeiss Adapter mit externem SM1 Verschlusskappe Mikroskopobjektiv SM1 Gewinde und 63x, 0.8 NA internem M27 x 0.75 Gewinde 4 x ER05 4 x ER1.5 4 x ER3 Ø6 mm Käfig-Stange, Ø6 mm Käfig-Stange, Ø6 mm Käfig-Stange, 3"...
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Seite 26: Weitere Komponenten
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.6. Weitere Komponenten 1 x RDF1 1 x MB1224 (MB3060/M) 1 x CPA1 4 Gummifüße Aluminium Lochrasterplatte, 30 mm Justierhilfe mit 12" x 24" x 1/2" Ø1 mm Blenden- (300 mm x 600 mm x 12.7 mm) durchmesser 1 x BBH1 Tragegriffe (2er Set) -
Seite 27: Enthaltene Schrauben
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 5: Lieferumfang 5.7. Enthaltene Schrauben Zölliges Kit Anzahl Anzahl 1/4"-20 Schraube, 0.315" lang 8-32 Schraube, 3/8" lang 1/4"-20 Schraube, 3/8" lang 8-32 Schraube, 1/2" lang 1/4"-20 Schraube, 1/2" lang #8 Unterlegscheibe 1/4"-20 Schraube, 5/8" lang 8-32 Madenschraube, 1/2" lang 1/4"-20 Schraube, 3/4"... -
Seite 28: Kapitel 6 Aufbau Und Justierung
Mikroskop-Segment aufbauen würden, um zu demonstrieren, dass man eine optische Pinzette in ein normales Mikroskop integrieren kann, indem man einen Laser einkoppelt. Für die EDU-OT2(/M) haben wir entsprechende Änderungen vorgenommen, sodass Mikroskop- und Laser-Segment unabhängig voneinander aufgebaut werden können. Das Laser-Segment hat dafür variable Klemm-Elemente, um die Höhe der beiden Segmente... -
Seite 29: Laserquelle
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.1.1. Laserquelle Abbildung 11 zeigt die Komponenten, die für die Laserquelle benötigt werden. Komponenten der Laserquelle Schrauben Sie zunächst die 8-32, 1/2" (M4 x 12 mm) Madenschraube in den RS3.5P8E (RS3.5P4M). Darauf wird nun der KC1-T(/M) geschraubt. - Seite 30 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Bitte beachten Sie: beim Hantieren mit der Laserdiode sollte ein Erdungsarmband getragen werden, um Schäden zu vermeiden. Entnehmen Sie die L658P040 Laserdiode der Verpackung und führen Sie sie in den silbernen Haltering des LTN330-A, siehe rechts.
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Seite 31: Strahlaufweitung
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Wenn der Kontakt mit der Steckbuchse sicher ist, dann kann der Rest des LTN330-A aufgeschraubt werden. Bitte achten Sie darauf, dass Sie den Teil mit der Beschriftung „SR9A-DB9“ anschrauben und nicht stattdessen den Teil mit der Platine drehen! Befestigen Komponente dann... - Seite 32 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Linse 1 Abbildung 14 zeigt die Teile, die zum Aufbau der Linse (1) nötig sind. Setzen Sie zunächst die LA1074-A Linse in die SM05L03 Ø1/2” Lens Tube und fixieren Sie sie mit dem enthaltenen SM05 Haltering.
- Seite 33 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Käfig-Segment Das Käfig-Segment beinhaltet einen herausnehmbaren Teil, der die beiden Linsen enthält, welche die Strahlaufweitung bewerkstelligen. Die einzelnen Aufbauschritte werden im Folgenden diskutiert. Abbildung 16 zeigt bereits das Funktionsprinzip des herausnehmbaren Käfig-Teils. Entfernbares Käfig-Segment Befestigtes...
- Seite 34 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schrauben Sie einen leeren CP09(/M) auf den TR3 (TR75/M) Stiel in der Orientierung, die im Bild rechts zu sehen ist. Setzen Sie den Stiel dann in den oben gebauten Stielhalter. Lösen Sie nun die beiden kleinen Feststellschrauben des CP09(/M) und schieben Sie zwei ER10 Stangen hindurch.
- Seite 35 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Bringen Sie nun die Komponente zur Strahlaufweitung auf das vorher gebaute Stück. Die Schrauben der Klemm-Elemente der CP09(/M) sollten nicht angezogen sein. Nehmen Sie nun den verbliebenen CP09(/M) und führen ihn über die ER10 Stangen. Stellen Sie auch hier sicher, dass Sie den CPP09(/M) so festschrauben, dass nur die Hälfte seines Klemm-Elements gefüllt ist.
- Seite 36 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Spiegelmontage Die Spiegel werden miteinander und mit dem Mikroskop-Teil des Aufbaus über die zylindrischen Klemm-Elemente SM1CPL10 verbunden. Dies gewährt dem Nutzer eine gewisse Freiheit in der Höhe und im Abstand zwischen Mikroskop- und Laser-Segment. Für die vertikale Verbindung werden 2 x SM1L05 Lens Tubes verwendet, für die horizontale Verbindung die längeren SM1L10 Lens Tubes, ebenfalls 2.
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Seite 37: Mikroskop
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.1.3. Mikroskop Schrauben Sie zuerst den gedämpften DP14A(/M) Ø1.5" Post auf die Lochrasterplatte. Verwenden Sie hierfür vier 1/4"-20, 3/4" (M6 x 20 mm) Schrauben an den Positionen, die in Abbildung 10 gezeigt sind. Im Folgenden werden wieder zunächst die einzelnen Teile zusammengebaut, bevor sie dann zum Mikroskop kombiniert werden. - Seite 38 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Objektiv-Einheit Abbildung 20 zeigt die Komponenten, die für den Aufbau der Objektiv-Einheit benötigt werden. Entfernen Sie zunächst den Haltering im CP02(/M) Halter. Schrauben Sie dann das Objektiv mittels des SM1A17 an den CP02(/M). Anschließend wird der Halter an den C1498(/M) Haltearm geschraubt –...
- Seite 39 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung LED-Einheit Die Komponenten für die LED-Einheit sind in Abbildung 22 gezeigt. Entfernen Sie zunächst die Halteringe aus dem CP02(/M) Halter. Schrauben Sie die MCWHL5-LED mittels des SM1T2 Lens Tube Kopplers an den Halter. Schrauben Sie die SM1L10 Lens Tube auf die andere Seite des CP02(/M) Halters.
- Seite 40 Sie dann die andere Seite der Lens Tube auf die SPT1(/M) Gleitplatte (mit den beiden silbernen Feststellschrauben zur Kamera zeigend). Der SM1T2 erlaubt es, die Kamera so festzuschrauben, dass das Thorlabs-Logo nach rechts zeigt, siehe Abbildung 26. Damit ist der Kamera-Chip parallel zu Orientierung des Verfahrtisches.
- Seite 41 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Verbinden Sie wieder den CP02(/M) Halter mit dem C1498(/M) Haltearm, unter Zuhilfenahme eines SD1 Adapters und einer 8-32, 1/2" (M4 x 12 mm) Schraube. Setzen Sie SPT1(/M) und CP02(/M) aneinander und führen Sie vier ER3 Stangen hindurch (deren Madenschrauben an beiden Seiten entfernt sind).
- Seite 42 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Zusammenbau des Mikroskop-Segments Befestigen LED-Einheit gedämpften Post. Dabei kann die Unterseite des LED-Gehäuses Kontakt mit der Lochrasterplatte haben. Versuchen Sie den Halter der LED in etwa parallel zum Lochmuster der Platte auszurichten. ...
- Seite 43 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Nun wird das Laser- und das Mikroskop-Segment verbunden. Schrauben Sie dafür den verbliebenen SM1L10 an die offene Seite des Strahlteilers. Variieren Sie dann die Position und die Höhe des KCB1(/M) Halters, indem Sie den SM1CLP10 mit gelockerten Schrauben verschieben.
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Seite 44: Probenpositioniertisch
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.1.4. Probenpositioniertisch Im Folgenden wird der Zusammenbau des Verfahrtisches beschrieben. Stecken Sie zunächst 4 Passstifte in die MT401(/M) Basisplatte. In diesem Aufbau werden die Motoren der Verfahrtische an deren Seite angebracht. Gehend Sie wie im Folgenden beschrieben bei den beiden Tischen vor: Entnehmen MT405... - Seite 45 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schrauben Sie nun die erste MT1-Z8(/M) mit seitengehalterten Motor Grundplatte. Beachten dabei Orientierung, die wie im Bild rechts sein sollte. Verwenden Sie zwei 1/4"-20, 3/8" (M6 x 10 mm) Schrauben. Setzen Sie zwei Passstifte auf der Oberseite des Positioniertisches ein.
- Seite 46 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Verbinden Sie die beiden Teile des Probenhalters mit zwei 8-32", 3/8" (M4 x 10 mm) Schrauben entsprechenden Unterlegscheiben. Schrauben Probenhalter an die MT1B(/M): Setzen Sie dafür zunächst 4 Passstifte ein und schrauben Sie dann den Adapter mit zwei 1/4"-20, 0.315"...
- Seite 47 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schließlich müssen noch die Bedienungselemente auf der Platte angebracht werden. Diese sind in Abbildung 28 dargestellt. Bauteile zur Bedienung: 2 x KDC101, LEDD1B und KLD101 Controller Schließen Sie zunächst den LED-Treiber LEDD1B an die LED (MCWHL5) an und schrauben Sie ihn mit zwei 1/4"-20, 1/2"...
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Seite 48: Inbetriebnahme
6.2.2. Laser-Treiber Installieren Sie die Kinesis-Software für den Laser-Treiber und den Probenpositioniertisch. Der Installer kann von der Thorlabs-Webpage heruntergeladen werden. Schließen Sie den Laser-Treiber erst an den PC an, wenn Sie bei der Installation dazu aufgefordert werden. Öffnen Sie anschließend das neu installierte Programm. - Seite 49 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Nachdem der Maximalstrom und die Polarität per “Persist Settings to Hardware” im Gerät gespeichert sind, kann der Treiber leicht direkt durch die am Gerät befindlichen Knöpfe gesteuert werden (im Gegensatz zur Kontrolle mit der Software).
- Seite 50 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Weitere Einstellungen des Laserdiodentreibers Abbildung 32 zeigt die Benutzeroberfläche, wenn der Laser eingeschaltet ist und mit einem Strom der Stärke 95,0 mA betrieben wird. Kinesis-Benutzeroberfläche des Laser-Treibers bei angeschaltetem Laser Rev B, 08. Juli 2019 Seite 47...
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Seite 51: Kamera
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.2.3. Kamera Um die Kamera in Betrieb zu nehmen, laden Sie die ThorCam Software von der Thorlabs Homepage herunter oder installieren Sie diese von der mitgelieferten CD. Folgen Sie den Installationsanweisungen und wählen Sie DCU/DCC Series Compact CMOS and CCD Cameras aus. - Seite 52 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Um ein Live-Bild von der Kamera zu erhalten. drücken Sie Start Capture aus der Befehlszeile. Ändern Sie die Helligkeit an der LED, um das Live-Bild zu überprüfen. Eine weitere, hilfreiche Funktion ist “Draw Circle” .
- Seite 53 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Im Camera-Reiter kann die Auslesegeschwindigkeit (Pixel Clock), Bildwiederholungsrate (Frame Rate) und die Aufnahmedauer eines Einzelbilds (Exposure Time) eingestellt werden. Stellen Sie die Auslesegeschwindigkeit (Pixel Clock) nur so hoch ein, wie für die gewünschte Bildwiederholungsrate notwendig.
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Seite 54: Software Für Probenpositioniertisch
Ansonsten laden Sie sich die Kinesis-Software herunter (s.o.) und folgen Sie den Installationsanweisungen. Verbinden Sie die Servomotoren erst mit Ihrem PC, wenn Sie bei der Installation dazu aufgefordert werden oder die Installation abgeschlossen ist. www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_ID=2419 Rev B, 08. Juli 2019 Seite 51... - Seite 55 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Um die Einstellung der Controller zu ändern, öffnen Sie das Programm „Kinesis“. Die angeschlossenen Controller werden automatisch angezeigt. Überprüfen Sie, ob die angezeigten Seriennummern mit denen an den K-Cubes übereinstimmen. Die zwei Fenster der Controller in Abbildung 39 entsprechen der Steuerung der beiden Servomotoren.
- Seite 56 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Geschwindigkeit bei der Auslenkung des Rädchens ist proportional zur Max. Velocity. Die Einstellungen müssen für jeden Servomotor separat eingegeben werden. Alle anderen Einstellungen bleiben bei ihren Default-Werten. Wichtiger Hinweis: Drücken Sie OK um die Einstellungen an den KDC101 Controller zu senden.
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Seite 57: Kinesis-Einstellungen
Kinesis Drive Array Geschwindigkeiten 6.2.5. Kinesis-Einstellungen Die Thorlabs Kinesis-Software kann so konfiguriert werden, dass sie beim Start die Einstellungen übernimmt, die auf dem aktuellen Gerät gespeichert sind. Diese Option kann im Drop-down-Menü File -> Options aktiviert werden, indem ein Häkchen in der Box Use Device persisted settings gesetzt wird (siehe Abbildung 42). -
Seite 58: Justierung Des Kamera-Segments
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.3. Justierung des Kamera-Segments Das in diesem Experiment verwendete Objektiv ist unendlich-korrigiert. Das ist ein großer Vorteil und erleichtert die Justierung ungemein. Es bedeutet, dass Licht aus der Brennebene das Objektiv nahezu parallel verlässt. Dadurch kann die Fokus-Ebene auf eine Kamera abgebildet werden, deren Abstand beliebig ist. -
Seite 59: Strahljustierung
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.4. Strahljustierung WARNUNG Die in diesem Produkt enthaltene Laser-Diode der Klasse 3B emittiert eine Leistung von über 50 mW, was ernste Augen-Schäden zur Folge haben kann, wenn man sich dem Laser-Licht aussetzt. Der Laser-Treiber ist mit einem Schlüsselschalter und einer Schaltsperre ausgestattet, welche zur Gefahrenabwehr verwendet werden sollten. - Seite 60 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schritt 3: Laser-Einbau Setzen Sie die CPA1 Justierhilfe unmittelbar vor dem unteren KCB1(/M) ein, s. Bild rechts. Setzen Sie den Laser wieder in seinen Halter, allerdings ohne die Halteschrauben festzuziehen. ...
- Seite 61 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schalten Sie den Laser aus. Setzen Sie den Spiegel wieder in den oberen Halter ein und fixieren Sie ihn mit der seitlichen Halteschraube. Schritt 6: Einstellen der Spiegel, Teil 2 ...
- Seite 62 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schritt 8: Letzte Schritte Erhöhen Sie den Laserdiodenstrom auf etwa 95 mA. Prüfen Sie die Position des aufgeweiteten Laserstrahls auf der Eingangsöffnung des Objektivs. Verändern sie ggf. den Winkel des oberen Spiegels, um den Laserstrahl mittig in das Objektiv zu positionieren.
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Seite 63: Fokusebenen Und Letzte Justierschritte
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung 6.5. Fokusebenen und letzte Justierschritte Bis zu diesem Abschnitt sollte das Setup aufgebaut und der Laserpfad justiert sein. Nun folgen die letzten Schritte zum Fangen von Teilchen. Schritt 1: Vorbereitung Starten Sie Ihren Computer und starten Sie die Kamera-Software (s. Abschnitt 6.2.3). - Seite 64 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Bitte beachten Sie, dass es zu Reflexionen des Lasers kommen kann. Im Kamera-Bild zeigen sich diese als Bereiche verschiedenen Durchmessers (kleine Punkte oder größere Flächen). Dies ist zunächst einmal kein Zeichen von schlechter Justierung und kann ignoriert werden.
- Seite 65 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schritt 4: Kamera-Position Je nach Justierung der optischen Elemente im Aufbau wird der Laserfokus nicht im Zentrum des Kamera-Bildfeldes liegen. Um genau zu sein, ist das eher die Ausnahme. Dies ist KEIN Zeichen für eine schlechte Justierung. ...
- Seite 66 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Schritt 6: Letzte Korrekturen und mögliche Fehler Wenn Sie Probleme dabei haben, den Laserspot zu sehen (was je nach Justierung der Fall sein kann), dann sollten Sie die Rotverstärkung in den Kamera-Einstellungen auf das Maximum setzen und ggf.
- Seite 67 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 6: Aufbau und Justierung Kamera Mikroskop-Linse Strahlteiler Laser Objektiv Fokusebene Kamera Fokusebene Laser Fokusebenen des Lasers und der Kamera Seite 64 MTN012639-D03...
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Seite 68: Kapitel 7 Experimente
In diesem Kapitel diskutieren wir die Aufgaben mit Glaskügelchen als beispielhafte Probe. Die Materialien sind im separat erhältlichen Probenpräparations-Kit OTKBTK von Thorlabs enthalten. Alle Experimente können natürlich auch mit anderen Materialien, z.B. Polystyrolkügelchen oder Fetttröpfchen in wässrigen Lösungen durchgeführt werden. -
Seite 69: Einstellen Der Richtigen Fokusebene
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Zuerst schütteln Sie die Glas-Kügelchen-Suspension und geben Sie einen bis zwei Tropfen (etwa 30 – 40 µl) der Lösung mit den Glas-Kügelchen auf die Aussparung auf dem Objektträger. Abschließend muss die Probe so mit einem Deckglas verschlossen werden, so dass sich keine Luftblasen zwischen Glas und Probe befinden. -
Seite 70: Ordnen Der Glas-Kügelchen
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente haben nichts mit dem Laserspot der optischen Falle zu tun. Achten Sie bitte darauf, den Probenpositioniertisch nicht zu weit nach oben zu bewegen. Ansonsten besteht die Gefahr, das Deckglas durch Berührung mit dem Objektiv zu zerstören. Dies schadet dem Objektiv und wäre mit unnötiger Reinigungsarbeit verbunden. -
Seite 71: Manipulation In Vertikaler Richtung Innerhalb Einer Sahne-Wasser-Emulsion
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Sortierte Kügelchen 7.4. Manipulation in vertikaler Richtung innerhalb einer Sahne- Wasser-Emulsion Mischen Sie einen Tropfen Sahne mit ausreichend Wasser, sodass die Lösung gerade noch leicht milchig ist. Stellen Sie nun eine fertige Probe für die optische Pinzette her. Betrachten Sie die Lösung unter der optischen Pinzette. - Seite 72 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Fettteilchen in der Sahne-Wasser-Emulsion Ist ein Sahneteilchen, das sich in der optischen Falle befindet, mit der µm-Schraube verfolgt worden und somit deutlich auf dem Monitor zu erkennen, so kann der Laser ausgeschaltet und das Teilchen beobachtet werden. Das Ausschalten des Lasers bewirkt, dass sich das Fettteilchen nicht mehr in der optischen Falle befindet und sich somit wieder nach oben an die Wasseroberfläche bewegt.
- Seite 73 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Fettteilchen wird Laserfokus hingezogen. Fettteilchen befindet sich in der optischen Falle. Fettteilchen bewegt sich bei abgeschaltetem Laser wieder an die Wasseroberfläche. Seite 70 MTN012639-D03...
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Seite 74: Die Haltekraft Der Optischen Pinzette
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente 7.5. Die Haltekraft der optischen Pinzette 7.5.1. Die Brownsche Bewegung Die Eigenbewegung oder Zitterbewegung von Teilchen, die auch als so genannte Brownsche Bewegung bezeichnet wird, kann unter der optischen Pinzette beobachtet „Microspheres and werden. Entsprechende Proben sind unter www.polysciences.de Particles“... - Seite 75 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Verwenden Sie die Probe mit den 3µ�� −PS-Kugeln. Sie müssen zunächst den Laser abschalten, um nur die Brownsche Bewegung beobachten zu können. Zur Auswertung muss eine Videosequenz mit einer Dauer von zwei Minuten oder mehr aufgenommen werden.
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Seite 76: Die Maximale Haltekraft
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente Lösung Abbildung 53 zeigt, dass die Steigung der Kurve mit zunehmendem Durchmesser der PS- Kügelchen abnimmt. Dieses Ergebnis kann mit Hilfe der Brownschen Bewegung erklärt werden. Die 1µ�� −Kugeln lassen sich durch die Stöße mit den Wassermolekülen leichter in eine Zitterbewegung versetzen als PS-Kugeln mit einem größeren Durchmesser. - Seite 77 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 7: Experimente 2�� �� �� �� = (33) 3���� �� ������ Dabei bezeichnet �� die effektive Viskosität, �� den Radius des PS-Kügelchens, �� die ������ Temperatur der Probe in Kelvin (entspricht der Zimmertemperatur) und �� die Boltzmann- ��...
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Seite 78: Kapitel 8 Didaktischer Kommentar
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Kapitel 8 Didaktischer Kommentar Die theoretische Modellierung der Haltekräfte der optischen Pinzette, wie sie in Kapitel 4 vorgestellt wird, ist für den schulischen Einsatz oder für junge Studenten ungeeignet. Aus diesem Grund wird in diesem Kapitel ein vereinfachter Ansatz vorgestellt, mit dessen Hilfe Schülern und Studenten die optische Pinzette erklärt werden kann. - Seite 79 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Gaußförmiges Laserprofil Wie Abbildung 54 zeigt, besitzt der Querschnitt eines Laserstrahls einen bestimmten Radius ��, entlang dessen sich die Intensität des Lichts ändert. Die Intensität hat ihr Maximum in der Mitte des Strahls und fällt zum Rand hin ab. Betrachtet man nun einen Teilstrahl des Laserbündels aus der Mitte, so weist dieser maximale Intensität auf, während ein weiter außen gelegener Teilstrahl eine geringere Intensität besitzt.
- Seite 80 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Unfokussierter Laserstrahl, Teilchen befindet sich im Strahlmittelpunkt Zu betrachten ist der Verlauf zweier symmetrisch angeordneter Teilstrahlen (vgl. Abbildung 55), nennen wir sie �� und ��. Unfokussierter Laserstrahl trifft auf PS-Kügelchen, das sich auf der Strahlachse befindet Die beiden Teilstrahlen haben die gleiche Intensität und Richtung (da sie beide den gleichen radialen Abstand zum Intensitätsmaximum haben) und tragen damit den gleichen...
- Seite 81 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Betrachtung der Impulse In Abbildung 56 stellt beispielsweise der mit �� ( ��, 1 ) beschriftete Pfeil den Impuls des Strahles �� an der Stelle 1 dar. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der Betrag des Impulses, also die Länge der Pfeile, nicht ändert, sehr wohl aber deren Richtung.
- Seite 82 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Um die Netto-Impulsänderung der beiden Strahlen zu erhalten, werden die beiden orange- farbenen Pfeile aneinander gelegt (vgl. Abbildung 58). Dies kann qualitativ auf das gesamte Strahlbündel - also den Laserstrahl - übertragen werden. Auch hier sind die Pfeile aufgrund der Übersichtlichkeit um den gleichen Faktor vergrößert worden.
- Seite 83 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Diesmal weisen die beiden Teilstrahlen nicht dieselbe Intensität auf. Somit tragen sie auch nicht mehr den gleichen Impuls, wie Abbildung 60 verdeutlicht: Betrachtung der Impulse Damit erfahren die beiden Strahlen die in Abbildung 61 dargestellte Impulsänderung: Betrachtung der Impulse Die beiden Strahlen erfahren also eine, auch vom Betrag her, unterschiedliche Impulsänderung.
- Seite 84 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Betrachtung der Netto-Impulsänderung Der Laserstrahl erfährt also eine Impulsänderung nach links oben und damit erfährt die Kugel eine Impulsänderung nach rechts unten. Sie wird also zurück zum Strahlmittelpunkt und somit zur Stelle der höchsten Intensität gezogen. Damit liegt eine ideale zweidimensionale Falle vor.
- Seite 85 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Da sich die Kugel im Strahlmittelpunkt befindet, haben beide Teilstrahlen die gleiche Intensität und tragen damit betragsmäßig den gleichen Impuls. Die Richtung der beiden Impulse ist allerdings unterschiedlich, da der Strahl fokussiert ist. Betrachtung der Impulse Abbildung 65 zeigt die Impulsänderung der beiden Teilstrahlen.
- Seite 86 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 8: Didaktischer Kommentar Der Laserstrahl erfährt eine Impulsänderung nach unten, die Kugel erfährt demnach eine Impulsänderung nach oben, d.h. sie wird zum Laserfokus hin gezogen. Die Kugel bewegt sich also entgegen der Strahlrichtung. Es lässt sich analog zeigen, dass die Kugel nach unten in den Laserfokus gezogen wird, wenn sie sich oberhalb desselben befindet.
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Seite 87: Kapitel 9 Ansteuerung Mittels Eines Gamepads
Kapitel 9: Ansteuerung mittels eines Gamepads Kapitel 9 Ansteuerung mittels eines Gamepads Die Thorlabs Kinesis Software bietet die Möglichkeit, verschiedene Thorlabs- Komponenten mittels externer Eingabegeräte anzusteuern. Für die optische Pinzette ist es möglich, die KDC101 Servo Motor Controller und damit die laterale Bewegung des Probenpositioniertischs über ein Gamepad zu steuern. - Seite 88 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 9: Ansteuerung mittels eines Gamepads Checkbox für die Y-Achse). Abhängig vom Gamepad und dem beabsichtigten Experiment können andere Werte sinnvoller sein. Bevor Sie das Gamepad benutzen, sollten die KDC101 Controller positionskalibriert werden, da die Ansteuerung nicht funktioniert, wenn Kinesis negative Positionswerte ausliest.
- Seite 89 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 9: Ansteuerung mittels eines Gamepads Empfohlene Controller Calibration Einstellungen Positionskalibrierung der KDC101 Controller Seite 86 MTN012639-D03...
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Seite 90: Kapitel 10 Problembehandlung
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 10: Problembehandlung Kapitel 10 Problembehandlung Wenn der Positioniertisch bewegt wird, fährt die Probe schnell aus dem Fokus heraus und verliert damit das Kügelchen. Dieses Verhalten haben wir beobachtet, wenn die Schraube an der silbernen, seitlichen Platte der MT1-Z8 zu festgezogen wurde. ... - Seite 91 Tragbare Optische Pinzette Kapitel 10: Problembehandlung Wenn der Positioniertisch verfahren wird, scheint er schräg zu fahren (in beide Richtungen). Vergewissern Sie sich, das die Kamera parallel zur Lochrasterplatte bzw. dem Käfig-System angebracht ist. Die optische Pinzette fängt keine Kügelchen. Prüfen Sie den Laserdiodenstrom.
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Seite 92: Kapitel 11 Bestimmungen
Teile, die beim Zerlegen von Einheiten übrig geblieben sind (Leiterplatten, Gehäuse usw.). Wenn Sie ein Thorlabs Produkt zur Entsorgung geben möchten, dann setzen Sie sich bitte mit Thorlabs oder Ihrem Händler in Verbindung. Verantwortung für die Müllentsorgung Wenn Sie ein Produkt nach Ende seines Lebenszyklus nicht an Thorlabs zurückgeben, so übergeben Sie es einem Unternehmen, welches auf Müllentsorgung spezialisiert ist. -
Seite 93: Kapitel 12 Thorlabs Weltweit
Tragbare Optische Pinzette Kapitel 12: Thorlabs weltweit Kapitel 12 Thorlabs weltweit For technical support or sales inquiries, please visit us at www.thorlabs.com/contact for our most up-to-date contact information. USA, Canada, and South America UK and Ireland Thorlabs, Inc. Thorlabs Ltd. - Seite 94 www.thorlabs.com...