發(fā)布時間：2017-09-08 22:28

  本文關(guān)鍵詞：聚焦激光光束對微粒的輻射力及其應(yīng)用

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【摘要】：眾所周知,就是當光子作用在粒子上的時候,他們所攜帶的動量和能量會產(chǎn)生相互交換的現(xiàn)象,而在此過程中就產(chǎn)生了激光光束作用在粒子上的輻射力。早在1970年間,偉大的Ashkin首次使用激光光束產(chǎn)生的輻射力作用在微小粒子上,成功地實現(xiàn)了穩(wěn)定的捕獲與控制;在1986年,Ashkin再次將焦點聚焦于高數(shù)值孔徑物鏡,他采用一單束激光形成了一個三維光勢阱,隨后,證明了這種光勢阱可以對活體物質(zhì)進行無損傷操縱。自此,此領(lǐng)域引起了越來越多人的關(guān)注,而且被操控的粒子的范圍也越來越廣泛,囊括了中性原子、分子、微型介質(zhì)小球和活細胞等活體物質(zhì)。我們通常所說的光鑷其實就是這樣一種三維光學(xué)矢阱,它的理論基礎(chǔ)就是建立在利用高度聚焦的激光微束形成的光學(xué)梯度力勢阱來實現(xiàn)對微納米量級粒子的捕獲與操控的技術(shù),它所產(chǎn)生的皮牛量級的輻射力十分微弱,可以被用來操控微納米量級的粒子。隨著光學(xué)微操縱技術(shù)的不斷發(fā)展,人們逐漸對光學(xué)捕獲和操控的范圍、效率和精度等方面不斷提出新的要求。經(jīng)研究表明,在影響粒子定向操控的諸多因素中入射光束的相位和偏振狀態(tài)變化是主要因素�；诖私Y(jié)論,本論文主要通過調(diào)控入射光束的偏振態(tài)、相位從而達到對目標粒子的定向操控。另外還研究了關(guān)于進行多粒子的集體操控和微氣泡操控等內(nèi)容,主要包括以下幾個部分:1.基于Richards-Wolf的矢量衍射理論和瑞利散射理論,利用混合偏振矢量光束通過大數(shù)值孔徑緊聚焦原理,研究了數(shù)值孔徑與徑向系數(shù)的變化對焦場處瑞利粒子的捕獲情況。結(jié)果表明:數(shù)值孔徑與徑向系數(shù)對其輻射力影響明顯,大數(shù)值孔徑會使聚焦光斑半徑變小,具有很強的梯度力分布,而徑向系數(shù)的增大會使聚焦焦斑從一個圓斑變成一個圓環(huán)。這種混合偏振矢量光束能夠在焦平面附近產(chǎn)生很強的縱向電場,有利于更好地捕獲粒子。2.利用德拜矢量積分理論和瑞利散射理論,推導(dǎo)出了完全相干徑向偏振矢量光束經(jīng)Devil Vortex lens(DVL)相位調(diào)制后深聚焦光場,及作用在瑞利粒子上的輻射力。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),當拓撲荷數(shù)m與DVL階數(shù)s匹配時,焦場處將會產(chǎn)生一亮斑,可以被用來捕獲折射率較大的瑞利粒子。3.實驗上,我們通過SPP調(diào)制ND-YAG激光相位,獲得空心光束,經(jīng)過深聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了對8-20微米氣泡的微操縱。
【關(guān)鍵詞】：Debye衍射積分 深聚焦 混合偏振 DVL 輻射力
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN24
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 本論文的結(jié)構(gòu)安排10-12
• 第2章 研究的理論基礎(chǔ)12-26
• 2.1 深聚焦理論基礎(chǔ)12-21
• 2.1.1 Debye標量近似理論12-15
• 2.1.2 切趾函數(shù)15-18
• 2.1.3 Debye矢量衍射理論18-21
• 2.2 光鑷的基本原理21-26
• 2.2.1 梯度力和散射力22-23
• 2.2.2 電磁理論模型23-24
• 2.2.3 穩(wěn)定捕獲條件24-26
• 第3章 混合偏振矢量光束的深聚焦特性及力的研究26-34
• 3.1 混合偏振矢量光束深聚焦及輻射力理論分析26-29
• 3.2 混合偏振矢量光束深聚焦特性分析29-31
• 3.3 混合偏振矢量光束深聚焦后輻射力分析31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第4章 經(jīng)DVL調(diào)制的激光光束深聚焦特性及力的研究34-44
• 4.1 理論分析34-38
• 4.2 深聚焦場及輻射力特性分析38-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第5章 微氣泡操縱44-50
• 5.1 實驗準備45-47
• 5.2 實驗結(jié)果47-48
• 5.3 本章結(jié)論48-50
• 第6章 本論文的主要結(jié)論與創(chuàng)新50-52
• 6.1 本文的主要結(jié)論50
• 6.2 主要創(chuàng)新點50-52
• 參考文獻52-60
• 致謝60-63
• 個人簡歷、攻讀碩士期間發(fā)表論文及科研成果63

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本文編號：816688