光學(xué)捕獲技術(shù)（也稱光鑷技術(shù)）因其可以對(duì)微粒進(jìn)行高精度、無(wú)破壞的捕獲、操控以及觀察而被廣泛研究。從生物化學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)到物理研究等諸多領(lǐng)域,光鑷技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。多焦點(diǎn)光場(chǎng)調(diào)控因其高效、多位置和可并行等優(yōu)點(diǎn)一直受到眾多研究者的重視,并在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。因?yàn)槎嘟裹c(diǎn)光場(chǎng)應(yīng)用在光學(xué)捕獲上可實(shí)現(xiàn)多微粒同時(shí)捕獲,微粒獨(dú)立可控的優(yōu)點(diǎn)。所以,近年來(lái),利用多焦點(diǎn)光場(chǎng)去進(jìn)行光學(xué)捕獲的研究成為一個(gè)趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和高精確性的多焦點(diǎn)光學(xué)捕獲,關(guān)鍵點(diǎn)在于多焦點(diǎn)光場(chǎng)的調(diào)控設(shè)計(jì)。因此為了得到焦點(diǎn)能量分布均勻、焦點(diǎn)位置準(zhǔn)確、衍射效率高、焦點(diǎn)可控的陣列光斑以實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)光學(xué)捕獲,本文對(duì)多焦點(diǎn)陣列光場(chǎng)的產(chǎn)生進(jìn)行了多方面的研究。具體內(nèi)容如下:1.基于Richards–Wolf矢量衍射理論提出了一種在緊聚焦系統(tǒng)中,利用環(huán)形分區(qū)相位（annular subzone phases,ASPs）的非迭代方法產(chǎn)生三維可控動(dòng)態(tài)多焦點(diǎn)陣列的方法,此方法的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在使用了非迭代的算法得到了高準(zhǔn)確度、高均勻性、位置可調(diào)以及可加載渦旋光束的三維多焦點(diǎn)陣列,簡(jiǎn)化了運(yùn)算過(guò)程,提高了效率。并且,此方法的可行性在計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)上都得到了很好的驗(yàn)證... 

【文章來(lái)源】：魯東大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光束透射介電微粒的受力示意圖

基于多焦點(diǎn)光場(chǎng)調(diào)控的動(dòng)態(tài)光學(xué)捕獲研究5圖1.2利用光鑷提取單條染色體[12,13]。(a)中期分裂的水稻活細(xì)胞；(b)脈沖激光對(duì)細(xì)胞穿孔使之破裂，釋放出染色體；(c)熒光激發(fā)的染色體，用光鑷提取其中單條染色體；(d)-(f)光鑷操控單條染色體分離；(g)-(h)利用微吸管收集分離的染色體1.2.2光鑷與分子生物學(xué)由于生物分子的空間尺度在納米量級(jí)以及生物分子間的作用力的皮牛量級(jí)，因此，若想對(duì)其進(jìn)行微觀操作研究，如研究生物分子水平的微小力和運(yùn)動(dòng)步幅，測(cè)量速度、力、位移等，自然生物分子或突變生物分子的周期和其他物理量來(lái)解釋生命運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，光鑷技術(shù)正好滿足要求。由于光鑷具有自由靈活的操控性，因此生物學(xué)研究者們利用光鑷對(duì)生物分子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)而計(jì)算得到生物分子的動(dòng)力學(xué)及力學(xué)性質(zhì)。光鑷在生物分子及其他分子上的成熟應(yīng)用，逐漸讓研究者們用在了研究生物物理學(xué)或生物化學(xué)的精細(xì)過(guò)程中，促進(jìn)了人們從根本上對(duì)生命活動(dòng)和生命規(guī)律的探索和認(rèn)識(shí)。光鑷對(duì)大分子的測(cè)量和控制并不是直接控制，而是通過(guò)一個(gè)“手柄”小球間接的測(cè)量和控制。依據(jù)此間接性的原理，目前已發(fā)展了多種方法通過(guò)光鑷實(shí)現(xiàn)對(duì)生物大分子的測(cè)量，比如利用單光鑷、雙光鑷以及光鑷與微針的結(jié)合的方式等，具有很好的應(yīng)用前景。在對(duì)生物分子的研究中，驅(qū)動(dòng)蛋白作為一種可以自我驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的酶一直是熱門的研究對(duì)象。圖1.3（a）顯示了利用光鑷和“手柄”小球?qū)︱?qū)動(dòng)蛋白運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究[14]。首先在干凈的載玻片上固定一個(gè)微管，然后把預(yù)敷好驅(qū)動(dòng)蛋白的納米硅球利用光鑷的方法放置到剛固定好的微管上。在顯微鏡的觀察下，納米硅球?qū)?huì)沿著微管運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)蛋白運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的分子分解過(guò)程如圖1.3（b）所示。圖1.3（b）左側(cè)顯示為移交手模型中染料分子移動(dòng)了16.6納米；圖1.3（b）?

基于多焦點(diǎn)光場(chǎng)調(diào)控的動(dòng)態(tài)光學(xué)捕獲研究6移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，驅(qū)動(dòng)蛋白的運(yùn)動(dòng)模式是一種移交手模式[15]。圖1.3(a)驅(qū)動(dòng)蛋白的運(yùn)動(dòng)研究[14]；(b)兩種經(jīng)典運(yùn)動(dòng)模式圖1.2.3光鑷與膠體科學(xué)一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)高度分散到另一種物質(zhì)(稱為分散介質(zhì))中所形成的體系叫做分散體系。分散程度的大小是表征分散體系特性的重要依據(jù)，所以通常按分散程度的不同把分散體系分成三類：粗分散體系（懸濁液）；膠體分散體系（膠體）和分子分散體系（溶液）。對(duì)于分散體系的研究，一定會(huì)牽涉到微粒與流體相互作用的研究。然而眾所周知，流體的科學(xué)研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式是非常困難的，因?yàn)楦鞣N不確定性因素的存在，我們不能很好的控制變量。對(duì)于我們科研者來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)困難從不意味著放棄實(shí)驗(yàn)，任何一個(gè)好的理論總離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與完善。因此，為了更好的控制變量，更清晰的從實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)分散體系中的物理學(xué)特性，對(duì)于分散體系的研究便成了單粒子相互作用過(guò)程的研究。捕獲，夾持是光鑷最大的特點(diǎn)，而此特點(diǎn)正好可以幫助我們控制微粒，進(jìn)而精確研究微粒在流體中的物理學(xué)參數(shù)。如利用光鑷研究微粒相互作用勢(shì)[16]，長(zhǎng)程引力相互作用[17]，研究布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散以及其他動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，研究流體動(dòng)力學(xué)相互作用[18]等。在光鑷發(fā)展的歷史進(jìn)程中，光鑷早已不僅僅是生物科學(xué)的得力助手，更是膠體科學(xué)研究中的重要工具。Xu等人利用光鑷捕獲微粒使兩微粒碰撞并直接用顯微鏡進(jìn)行觀察[19]，通過(guò)統(tǒng)計(jì)兩粒子在多次碰撞后的結(jié)合和分散狀態(tài)，得到兩粒子相互作用的物理學(xué)特性。具體的實(shí)驗(yàn)方法為：用同一個(gè)光鑷同時(shí)捕獲到兩個(gè)粒子，然后短時(shí)的關(guān)閉光鑷。觀察兩例子的分散結(jié)合情況，統(tǒng)計(jì)得出兩粒子碰撞后的結(jié)合概率。由光鑷控制后的粒子的三種狀態(tài)如圖1.4所示。兩個(gè)粒子在光阱中被光鑷連續(xù)捕獲并

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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