發(fā)布時間：2021-08-07 03:27

　　光鑷技術(shù)作為近年來發(fā)展的一種新型技術(shù),由于其非接觸性、無損傷等優(yōu)點,已經(jīng)成為一種微觀尺度上研究微小粒子的新手段,在生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)等多個領(lǐng)域,光鑷技術(shù)都發(fā)揮了很重要的作用。本文的研究工作是通過光纖耦合的方法,將熱操控與光纖光鑷技術(shù)相結(jié)合,提出基于光致熱對流效應(yīng)的微粒子操控技術(shù)。僅使用一根光纖,既可以實現(xiàn)大量粒子的同時操控,又能滿足精確的控制單個粒子的要求,同時可以實現(xiàn)微粒子的空間排列和特殊造型排列等功能。第一,完成基于光致熱對流效應(yīng)微粒子操控技術(shù)的功能設(shè)計,分析其物理過程。利用時域有限差分法進(jìn)行光阱力的計算,簡述熱傳遞基本原理以及流體動力學(xué)的基本原理。對整個物理過程進(jìn)行仿真計算,得出仿真模擬結(jié)果。第二,完成實驗平臺的搭建,根據(jù)實驗需求,選擇合適參數(shù)的儀器。根據(jù)所要實現(xiàn)的功能,確定激光光源的選擇標(biāo)準(zhǔn),選擇合適波長和功率的光源。簡述幾種光纖探針的特殊加工方法,通過熒光法實現(xiàn)實驗環(huán)境中溫度的測量。第三,通過實驗對所提出的操控技術(shù)進(jìn)行研究,分別實現(xiàn)大量粒子的規(guī)則排列、粒子的多層排列、單個粒子的微操控以及不同尺寸粒子的篩選功能。將光纖光鑷技術(shù)與熱效應(yīng)捕獲操控技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)粒子的特殊空間造型排列... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)光鑷示意圖

首先可以對聚焦光束的力學(xué)作用效果進(jìn)行簡要分析，如下圖1.2 所示，假設(shè)所捕獲的粒子是規(guī)則的球體，粒子的中心點位于激光束焦點下方，其中激光束a，b 是軸外光線，當(dāng)激光束經(jīng)過粒子時，由于粒子的折射率與周圍環(huán)境不同，會發(fā)生折射從而轉(zhuǎn)變傳播方向。根據(jù)動量守恒定律可以知道，粒子小球得到了相反方向的動量，也就是受到了反方向的作用力，表示為下圖中的aF 、bF ，它們所形成的合力 F與光的傳播方向相反。每束在粒子小球表層發(fā)生折射的光線均會形成一個與光的傳播方向相反的力，在它們的合力作用下粒子會向焦點位置移動。一般來說，如果激光束通過光學(xué)透鏡會聚而產(chǎn)生的光斑其直徑在 1μm 范圍之內(nèi)，其梯度力就會超過散射力。當(dāng)粒子位于這樣的光場中時，粒子受到的主要作用力為拉力。因此，在梯度力的作用下，不管粒子在光場中的任何方位，均會導(dǎo)致其形成向著光束會聚點移動的趨向。圖 1.2 單光束梯度力光阱示意圖傳統(tǒng)光鑷系統(tǒng)具有捕獲、操控和移動等基本的功能。Ashkin 等人首次將紅外激光器用于光鑷體系當(dāng)中，并且順利進(jìn)行了活體生物細(xì)胞的捕捉和操控[12,13]。近些年來

圖 1.4 單光纖光鑷實驗系統(tǒng)和工作原理圖中國科技大學(xué)的明海等研究人員為國內(nèi)的光纖光鑷研究做出很大貢獻(xiàn)，他們通過值模擬與實驗方法進(jìn)行分析，得出在光纖探針的影響下，直徑 2 微米的聚苯乙烯小球受到的軸向作用力的方向為沿著光束的傳播方向，而徑向作用力的方向為指向光軸的向[29]。胡朝暉和王佳等相關(guān)人員通過時域有限差分方法（Finite-Difference Time-Doma


本文編號：3326985