【摘要】：光鑷技術是利用一束強聚焦的激光光束作為光源,激光照射到粒子上時,光束會產(chǎn)生作用于粒子上的輻射力,從而捕獲和操縱微粒的一項技術。常說的光鑷就是單光束梯度力光阱,激光光束經(jīng)過聚焦,在已聚焦的光束束腰的附近產(chǎn)生很高的場強梯度形成力,這種力的量級達到皮牛頓,依靠這個力來三維穩(wěn)定捕獲和操控微粒。因此,激光束對粒子的輻射力的研究就十分重要。近年來大量的新型激光束被應用到作用于微粒的輻射力的研究上,研究范圍也從連續(xù)波激光束擴展至超短脈沖激光束。因此本文分別研究了連續(xù)激光波光鑷和超短脈沖激光波光鑷,本文的重點工作如下：1、在反常渦旋光束的傳輸特性的基礎上,詳細分析了聚焦的反常渦旋光束在近軸限制下對瑞利介質(zhì)球的捕獲的影響,并且討論了反常渦旋光束不同的拓撲荷數(shù)和光束階數(shù)在輻射力上的影響�；谌鹄⑸淅碚撛诶碚撋虾蛿�(shù)值上分析了近軸近似情況下反常渦旋光束對納米粒子的輻射力,顯示了一束具有合適的光束階數(shù)和拓撲荷數(shù)的強聚焦的反常渦旋光束,可以用來捕獲和操縱一個絕緣的球形納米粒子,這個介質(zhì)球的折射率可以是大于或者小于周圍的環(huán)境。另外還詳細討論了反常渦旋光束的階數(shù)和拓撲荷數(shù)的不同對于輻射力的影響。不僅如此,本文還著重分析了穩(wěn)定捕獲瑞利粒子的條件。2、本文進一步提出用脈沖激光取代傳統(tǒng)連續(xù)激光脈沖激光作為光源來捕獲納米粒子。在理論上重點研究了脈沖光鑷作用于粒子上的輻射力,對脈沖持續(xù)時間,光束階數(shù)和拓撲荷數(shù)三個參數(shù)對于輻射力的影響做了重點分析,并且在穩(wěn)定捕獲納米粒子的前提下對脈沖激光光束的要求做了深入分析。結果表明,對于給定的粒子脈沖間隔與脈沖持續(xù)時間的比例應選用嚴格,除此之外有些參數(shù)也存在于傳統(tǒng)連續(xù)光鑷中。
[Abstract]:Optical tweezers technology is a technique that uses a strong focused laser beam as a light source. When a laser shines on a particle, the beam will produce a radiation force acting on the particle, thus capturing and manipulating the particles. Optical tweezers are often referred to as single beam gradient force trapping, where a laser beam is focused and produces a very high field intensity gradient formation force near the waist of a focused beam, which is of the order of magnitude of Pi Newton. This force is used to stabilize the capture and control of particles in three dimensions. Therefore, it is very important to study the radiation force of laser beam to particles. In recent years, a large number of new laser beams have been applied to the study of radiation force acting on particles, and the research scope has been extended from CW laser beam to ultrashort pulse laser beam. Therefore, the CW and ultrashort pulse laser tweezers are studied in this paper. The emphasis of this paper is as follows: 1, on the basis of the propagation characteristics of anomalous vortex beams, The influence of focused anomalous vortex beam on the capture of Rayleigh dielectric sphere is analyzed in detail, and the effects of different topological charge numbers and beam order of anomalous vortex beam on radiation force are discussed. Based on Rayleigh scattering theory, the radiation force of anomalous vortex beam on nanoparticles in paraxial approximation is analyzed theoretically and numerically. A beam of strongly focused anomalous vortex beams with appropriate beam order and topological charge is shown. It can be used to capture and manipulate an insulating spherical particle whose refractive index can be greater or smaller than the surrounding environment. In addition, the effects of the order of anomalous vortex beam and the topological charge on the radiation force are discussed in detail. In addition, the condition of stable capture of Rayleigh particles is analyzed in this paper. Furthermore, it is proposed to replace the conventional continuous laser pulse laser with pulsed laser as a light source to capture nanoparticles. The effects of pulse duration, beam order and topological charge on the radiation force are analyzed. Furthermore, the requirement of pulsed laser beam is analyzed on the premise of stable capture of nanoparticles. The results show that the ratio of particle pulse interval to pulse duration should be strictly selected, and some parameters also exist in traditional continuous optical tweezers.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TN249

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