光學(xué)束縛為粒子的操縱與探測(cè)提供了一種無(wú)需標(biāo)記、不接觸、無(wú)損傷的方法,其被廣泛應(yīng)用于生物和材料科學(xué)領(lǐng)域。盡管傳統(tǒng)的基于顯微鏡的自由空間光學(xué)鑷子在處理微米尺度的物體上取得了巨大的成功,但是由于受光的自然衍射的限制,很難穩(wěn)定束縛住納米尺度的物體,除非采用高的光功率或復(fù)雜且笨重的聚焦系統(tǒng)。光子器件的光學(xué)近場(chǎng)可以提供高的電磁場(chǎng)能量梯度來(lái)用于納米尺度的物體的束縛。光子晶體納米梁腔具有高的品質(zhì)因子和低的模式體積,可以將其中的光場(chǎng)顯著增強(qiáng)和高度局域,大大提高了束縛效率。因此本論文重點(diǎn)研究了硅基納米梁腔在光學(xué)操縱方面的應(yīng)用,主要研究工作可歸納為:1.建立了波導(dǎo)-硅基納米梁腔-波導(dǎo)系統(tǒng)中的粒子光力的理論模型,系統(tǒng)分析了微腔特性對(duì)粒子光力的影響,從理論上分析得到光力是正比于微腔的Qr1/2/V。運(yùn)用有限元方法仿真計(jì)算了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的納米梁腔的性能與光力,仿真結(jié)果與理論模型相一致。同時(shí),在仿真中發(fā)現(xiàn)最大光力發(fā)生在透過(guò)率接近0.25處,并且對(duì)于不同周期的納米梁腔,其光力的最大值幾乎相等。2.提出了一種微環(huán)·納米梁腔復(fù)合微腔結(jié)構(gòu)并將其用于粒子束縛。運(yùn)用時(shí)域有限差分方法計(jì)算了納米梁腔的能帶結(jié)構(gòu),再利用有限元方法對(duì)復(fù)...

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１（ａ）自由空間的光學(xué)束縛；（ｂ）光子器件的近場(chǎng)束縛［２３］??

１．?１．?１自由空間中的光學(xué)束縛??自由空間中的光學(xué)束縛是利用高數(shù)值孔徑的物鏡對(duì)在自由空間中傳輸?shù)募す馐M(jìn)行??緊聚焦而形成的，如圖１．１?（ａ）所示。當(dāng)入射光子沿著某一方向照射到介質(zhì)粒子上，入射光??子會(huì)被粒子沿著各個(gè)方向散射出去，同時(shí)部分入射光子可能會(huì)被粒子所吸收。在這個(gè)散....

圖１．２利用通道波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)大粒子的束縛與推動(dòng)［２２］??

用８０ｍＷ的輸入光功率實(shí)現(xiàn)了在玻璃波導(dǎo)上對(duì)５．１?ｐｍ的聚苯乙烯微球的束縛，并且其以??５?ｐｍ／ｓ的速度沿著波導(dǎo)表面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)直徑５００?ｎｍ的金屬小球也可以被束縛與推動(dòng)｜２２１，如??圖１．２所示。２０００年，Ｎｇ等人利用離子交換的玻璃通道波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了對(duì)半徑為１０ｎｍ的膠??體....

圖１．３?（ａ）將通道波導(dǎo)與微流通道結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的束縛與傳送；（ｂ）通道波導(dǎo)中的模場(chǎng)分??

聚合物通道波導(dǎo)與ＰＤＭＳ微流通道相結(jié)合，利用微流讓粒子在靠近波導(dǎo)表面流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了??在壓力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)液體中對(duì)直徑為３?ｐｍ的聚苯乙烯小球的捕捉，并且在垂直于微流流動(dòng)??方向和微流流動(dòng)的反方向上都實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚苯乙烯小球的穩(wěn)定傳送［３３】，如圖１．２（ａ）所示。同??時(shí)，他們也研究了不....

圖１．４ａ狹縫波導(dǎo)對(duì)粒子的束縛與傳送；（ｂ）狹縫波導(dǎo)中的模場(chǎng)分布［３５１??

（ａ）?（ｂ）??圖１．４?（ａ）狹縫波導(dǎo)對(duì)粒子的束縛與傳送；（ｂ）狹縫波導(dǎo)中的模場(chǎng)分布［３５１??２０１２年，Ｌｉｎ等人利用通道波導(dǎo)與狹縫波導(dǎo)平行放置的結(jié)構(gòu)，將一微球融合到通道波??導(dǎo)中形成缺陷，２?ｐｍ的粒子沿著通道波導(dǎo)傳送不受缺陷的影響，３５０?ｎｍ的粒子撞到缺陷??后遠(yuǎn)離....

本文編號(hào)：3906547