發(fā)布時間：2017-09-08 22:28

  本文關鍵詞：聚焦激光光束對微粒的輻射力及其應用

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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生相互交換的現象,而在此過程中就產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生的輻射力作用在微小粒子上,成功地實現了穩(wěn)定的捕獲與控制;在1986年,Ashkin再次將焦點聚焦于高數值孔徑物鏡,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進行無損傷操縱。自此,此領域引起了越來越多人的關注,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、微型介質小球和活細胞等活體物質。我們通常所說的光鑷其實就是這樣一種三維光學矢阱,它的理論基礎就是建立在利用高度聚焦的激光微束形成的光學梯度力勢阱來實現對微納米量級粒子的捕獲與操控的技術,它所產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。隨著光學微操縱技術的不斷發(fā)展,人們逐漸對光學捕獲和操控的范圍、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論,本論文主要通過調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。另外還研究了關于進行多粒子的集體操控和微氣泡操控等內容,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值孔徑緊聚焦原理,研究了數值孔徑與徑向系數的變化對焦場處瑞利粒子的捕獲情況。結果表明:數值孔徑與徑向系數對其輻射力影響明顯,大數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,推導出了完全相干徑向偏振矢量光束經Devil Vortex lens(DVL)相位調制后深聚焦光場,及作用在瑞利粒子上的輻射力。通過數值模擬發(fā)現,當拓撲荷數m與DVL階數s匹配時,焦場處將會產生一亮斑,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調制ND-YAG激光相位,獲得空心光束,經過深聚焦系統實現了對8-20微米氣泡的微操縱。
【關鍵詞】：Debye衍射積分 深聚焦 混合偏振 DVL 輻射力
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 本論文的結構安排10-12
• 第2章 研究的理論基礎12-26
• 2.1 深聚焦理論基礎12-21
• 2.1.1 Debye標量近似理論12-15
• 2.1.2 切趾函數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33-34
• 第4章 經DVL調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 實驗結果47-48
• 5.3 本章結論48-50
• 第6章 本論文的主要結論與創(chuàng)新50-52
• 6.1 本文的主要結論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