本文關(guān)鍵詞：光子晶體通道中微粒操控研究

  更多相關(guān)文章： 光學(xué)牽引力 光捕獲 光子晶體 多粒子捕獲 光輸運

【摘要】：近場倏逝波具有很強的強度梯度,能夠克服傳統(tǒng)光鑷中衍射極限和傳輸深度小的缺點。同時,近場光學(xué)操縱使用的光學(xué)器件可以在芯片實驗室上集成,能夠更好地應(yīng)用于單分子分析、納米物體裝配和光學(xué)色譜分析。因此越來越多的研究利用光波導(dǎo)、光學(xué)諧振腔、光子晶體和表面等離子納米顆粒產(chǎn)生的倏逝場增強光力,從而增強對微粒的操控、捕獲和輸運能力。本文旨在一定的光子結(jié)構(gòu)中,通過調(diào)節(jié)入射光的偏振特性、波長,光子結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù),實現(xiàn)對納微物體沿光傳播方向的推動、逆光傳播方向的牽引、以及捕獲�；诠庾又芷诮Y(jié)構(gòu)的能帶理論和數(shù)值模擬計算,建立了光子晶體通道的結(jié)構(gòu)和計算模型。利用光子晶體通道的導(dǎo)模,通過調(diào)節(jié)微粒的幾何和物理參數(shù),得到在光子晶體通道中微粒的受力出現(xiàn)牽引力的條件,研究表明折射率較大、形狀是橢圓狀的微粒更容易受到牽引力。計算和總結(jié)了光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)對微粒受到的牽引力的影響。研究入射光的模式與波長對光子晶體通道內(nèi)光場的影響。通過調(diào)節(jié)入射光的模式,可以控制橢球狀微粒受力的性質(zhì),當(dāng)入射光是TE模時,微粒受到一個使其遠離光源的推力;當(dāng)入射光是TM模時,微粒受到一個將其拉向光源的牽引力。同時,構(gòu)建了一個可以雙向操縱橢圓狀微粒的光子晶體通道結(jié)構(gòu),在低雷諾數(shù)液體環(huán)境中,研究了橢圓狀微粒在該結(jié)構(gòu)中處在不同位置時的輸運速度。分析了光子晶體通道中周期性光場對單個和多個球狀顆粒的捕獲。從微粒半徑對通道內(nèi)光場的影響出發(fā),確定了可以捕獲的微粒半徑范圍。計算了單個不同半徑顆粒對光勢阱的影響,發(fā)現(xiàn)了每個周期內(nèi)存在兩個勢阱,但二者的深度不同,且穩(wěn)定數(shù)都遠大于1,因此都可以穩(wěn)定捕獲球狀微粒。分析每個周期內(nèi)兩個平衡位置微粒被捕獲的剛度,在一定范圍內(nèi)隨著半徑的增加而增加。最后也研究了對多粒子體系的捕獲,研究表明,光子晶體通道結(jié)構(gòu)可以在一定半徑范圍內(nèi)俘獲很多納米顆粒,實現(xiàn)納米顆粒的自組裝。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)牽引力 光捕獲 光子晶體 多粒子捕獲 光輸運
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析10-14
• 1.2.1 近場捕獲和傳輸研究進展10-12
• 1.2.2 牽引力的研究進展12-14
• 1.3 課題的研究目的和意義14-15
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 光子晶體通道內(nèi)的光學(xué)牽引力16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 建立光子晶體通道二維計算模型16-18
• 2.3 微粒參數(shù)對其受力的影響18-25
• 2.3.1 幾何參數(shù)對微粒受力的影響19-22
• 2.3.2 折射率對微粒受力的影響22-25
• 2.4 光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)對微粒受力的影響25-30
• 2.4.1 晶格常數(shù)對微粒受力的影響25-26
• 2.4.2 通道寬度對微粒受力的影響26-28
• 2.4.3 圓洞孔徑對微粒受力的影響28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第3章 光子晶體通道實現(xiàn)雙向操縱32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 入射光模式對微粒受力的影響32-36
• 3.2.1 TE模式入射對微粒受力的影響32-35
• 3.2.2 入射光波長對微粒受力的影響35-36
• 3.3 實現(xiàn)微粒的雙向操控36-40
• 3.3.1 建立雙向操控結(jié)構(gòu)模型36-38
• 3.3.2 雙向操控結(jié)構(gòu)輸運特性研究38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 光子晶體通道對多粒子體系的捕獲41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 通道中周期性光場對單粒子俘獲41-46
• 4.2.1 微粒半徑對光場及捕獲力的影響41-44
• 4.2.2 單個粒子俘獲特性研究44-46
• 4.3 通道中周期性勢阱對多粒子俘獲46-51
• 4.3.1 多微粒系統(tǒng)對光場及其受力的影響47-49
• 4.3.2 多個粒子俘獲特性研究49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻53-58
• 致謝58

，

本文編號：1002738