【摘要】：自上世紀(jì)六十年代末,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Ashkin對(duì)光操控進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究后,光操控和光捕獲技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。光鑷?yán)霉鈱W(xué)勢(shì)阱來捕獲、操控微粒,具備非接觸、無損耗的特點(diǎn),光纖光鑷更有輕便、靈活、成本低的優(yōu)勢(shì)。近幾十年來,國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)基于光纖光鑷的光操控與光捕獲技術(shù)進(jìn)行了大量的研究,光纖光鑷的應(yīng)用擴(kuò)展到了測(cè)量、生物、醫(yī)藥研究等領(lǐng)域。本文提出了一種帶有微腔結(jié)構(gòu)的光纖光鑷,使用基于時(shí)域有限差分算法的模擬仿真軟件系統(tǒng)地研究了其捕獲特性。仿真結(jié)果表明,在微腔內(nèi)填充水和透明紫外膠后,由于干涉引起光強(qiáng)增加,在匯聚點(diǎn)能夠捕獲直徑為3μm的二氧化硅微粒。在此基礎(chǔ)上,研究了此結(jié)構(gòu)捕獲特性與填充物材料的折射率和填充量的關(guān)系。該光纖光鑷具備直徑大、結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)、不易斷裂的優(yōu)點(diǎn),適用于生命科學(xué)方向的研究。設(shè)計(jì)并在光纖尖端制作了一種空腔外鍍膜的結(jié)構(gòu),采用時(shí)域有限差分方法計(jì)算分析了該結(jié)構(gòu)的捕獲特性,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)對(duì)微粒的大范圍捕獲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,該結(jié)構(gòu)能利用光泳力捕獲聚苯乙烯微粒,以及操控大范圍的二氧化硅微粒,隨著光功率的增加,能提高微粒的操控效率。由于兩種微粒的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象不一致,因此可以通過此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微粒的分選。鍍膜后的微結(jié)構(gòu)光纖不僅簡(jiǎn)化了復(fù)雜的光路,而且可以多次重復(fù)使用,降低了成本,更具實(shí)用性。
【圖文】：

逑２０１２年中山大學(xué)張W毜熱吮ǖ劑聳褂米緞喂庀頌秸氬痘�、驱动簣F(tuán)帕辛Ｗ渝義系姆槳溉繽跡保彼盡ｅ義稀鰕甒逡逑■■■■■■逡逑圖Ｕ光鑷排列微粒［４７］逡逑２０１２年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)李銀妹課題組首次報(bào)導(dǎo)了利用光鑷技術(shù)操控小逡逑白鼠體內(nèi)的紅細(xì)胞并且可以清除其血管中的血栓［４８］，如圖１．２所示。逡逑■■逡逑圖１．２光鑷清除小白鼠血管內(nèi)的血栓［４８］逡逑２０１４年，Ｎ．邋Ｍ．邋Ｈａｍｅｅｄ等人在涂敷１００ｎｍ厚金屬鋁層的聚合物微光纖錐上逡逑刻出領(lǐng)結(jié)型納米孔徑天線，利用入射光照射納米天線，激發(fā)領(lǐng)結(jié)型納米天線諧振，，逡逑形成一個(gè)獨(dú)立的納米光源，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直徑２５０ｎｍ聚苯乙烯膠乳粒子的光捕逡逑獲［４９］。逡逑２０１５年，意大利那不勒斯Ｇｉｕｓｅｐｐｅ邋Ｐｅｓｃｅ團(tuán)隊(duì)使用光纖光鑷進(jìn)行電泳和介電逡逑泳力的測(cè)量逡逑３逡逑

２０１４年，中國(guó)科技大學(xué)張青川教授課題組利用基于光泳力的弱聚焦圓孔衍逡逑射光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)操控不規(guī)則吸光性微粒，分析與驗(yàn)證了微粒旋轉(zhuǎn)頻率與光強(qiáng)的關(guān)系逡逑［６１】，如圖１．４所示。逡逑圖１．４微粒的旋轉(zhuǎn)［６１］逡逑２０１７年，中國(guó)科技大學(xué)龔元教授實(shí)驗(yàn)組利用雙波長(zhǎng)操控和篩選大量微粒［６２］。逡逑１．３課題的來源和主要內(nèi)容逡逑１．３．１課題來源逡逑江蘇省高校自然科學(xué)研究計(jì)劃（ＮＯ：邋１６ＫＪＢ５１００１７）。逡逑１，３．２課題的研究?jī)?nèi)容邐＜逡逑本文首先在第一章中介紹了光操控的研究背景、意義以及光操控的發(fā)展史。逡逑第二章介紹了光操控中常見的方法的原理，包括利用光學(xué)輻射壓力、表面等逡逑離激元、光泳力三種方法。并且介紹了模擬光操控的數(shù)值計(jì)算方法的原理即時(shí)域逡逑有限差分方法的原理。把Ｍａｘｗｅｌｌ方程組差分離散后，討論方程組解的收斂性及逡逑穩(wěn)定性；同時(shí)也詳細(xì)介紹了吸收邊界中的完美匹配層的原理；也介紹了如何選取逡逑網(wǎng)格以及選擇高斯光作為激勵(lì)源的原因。逡逑第三章通過實(shí)驗(yàn)、計(jì)算并分析后提出了光纖尖端帶有微結(jié)構(gòu)光纖光鑷。通過逡逑對(duì)不同微結(jié)構(gòu)的大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)光纖不僅有可以改變光纖頭捕獲、驅(qū)趕粒子逡逑的能力，還有結(jié)實(shí)、穩(wěn)定，不容易斷裂的優(yōu)勢(shì)。主要介紹了微腔注入紫外膠的光逡逑纖微結(jié)構(gòu)模型及仿真參數(shù)，計(jì)算了激光通過光纖后的光場(chǎng)分布并對(duì)它進(jìn)行討論分逡逑析；介紹了在光場(chǎng)中加入微粒后對(duì)微粒表面的麥克斯韋應(yīng)力張量作積分，計(jì)算得逡逑微粒所受的光力
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN253;TP391.9

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本文編號(hào)：2694399