光鑷技術(shù)是光與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)物,它能夠以非接觸的方式操控微納米尺度的對象,并允許探測皮牛量級的力,而且測力精度甚至能達(dá)到飛牛水平,因而常作為超靈敏力探測器被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、膠體物理、微流體等領(lǐng)域。光鑷的研究主要集中在四個方面:其一、位置探測;其二、光阱剛度標(biāo)定;其三、光束整形;其四、探究不同對象的捕獲實(shí)驗(yàn)。本文以這四點(diǎn)為中心,以構(gòu)建出多功能的光鑷操控系統(tǒng)為目標(biāo),希望通過此系統(tǒng)以更加靈活、可控的方式實(shí)現(xiàn)對感興趣對象的捕獲、操控和應(yīng)用研究。本論文圍繞上述研究目標(biāo),逐步實(shí)現(xiàn)了光鑷系統(tǒng)的兩種構(gòu)造方式:通過外部光路的共軛設(shè)計(jì),成功地將反射鏡控制的捕獲光束引入商用顯微鏡（Nikon Eclipse Ti-U）的物鏡后孔徑處,實(shí)現(xiàn)對聚苯乙烯微球的手動二維操控;自主地設(shè)計(jì)并搭建開放式單光束捕獲光路和顯微成像裝置,并對系統(tǒng)的物理參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,用此系統(tǒng)成功捕獲小鼠成肌細(xì)胞,并實(shí)現(xiàn)其被動控制�；谶@些早期的研究,本論文的主要研究工作如下:（1）提出變頻率正弦激勵來探究粒子在光陷阱中的動力學(xué),澄清了正弦激勵法的頻率選擇困擾,并理論上闡明粒子振幅和相位延遲的余弦關(guān)系;通過實(shí)驗(yàn)證實(shí),只需滿足奈奎斯特-香儂采... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１輻射壓力作用示意圖｜９Ｕ?（ａ）髙斯激光照射電介質(zhì)透明球產(chǎn)生的光力包含散射力Ｆ？ａ，??

?第１章緒?論???ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）納入考量，其由材料的性質(zhì)如折射率與入射光的角度有關(guān)，在此暫??不討論，感興趣的讀者可以參閱Ａｓｈｋｉｎ于１９９２在射線光學(xué)的機(jī)制下推導(dǎo)光鑷對??電介質(zhì)小球的力值計(jì)算與分析［７８】。圖１．２（ｂ）呈現(xiàn)了具有梯度光強(qiáng)（從左至右，光??強(qiáng)增大）的平行光入射至介質(zhì)球時動量變化情況，因右側(cè)光較強(qiáng)，小球所受合力??將驅(qū)動顆粒往向右偏下方向運(yùn)動至光強(qiáng)最強(qiáng)處。由于此處示意圖采用平行光束，??導(dǎo)致散射力推動顆粒沿著軸向運(yùn)動，無法實(shí)現(xiàn)粒子的三維穩(wěn)定捕獲�？梢哉J(rèn)為，??散射力是導(dǎo)致顆粒無法穩(wěn)定捕獲的原因，而只有當(dāng)梯度力足夠大時，穩(wěn)定的三維??俘獲才得以實(shí)現(xiàn)，所以使用高數(shù)值孔徑的物鏡對入射平行光強(qiáng)匯聚是保證獲得??穩(wěn)定的三維光講（ｏｐｔｉｃａｌ?ｔｒａｐ）的基矗??（ａ）?／?Ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ?ｇｒａｄｉｅｎｔ?ａ?（ｂ）??＼?廣；／卜?ａ，?／，??Ｍｏｍｅｎｔｕｍ?ｃｈａｎｇｅ?Ｍｏｍｅｎｔｕｍ?ｃｈａｎｇｅ??＊ｆｔ＊＇－＊＾?ｆｏｒ?ｒａｙ?ＡＢＣＯ?ｆｏｒ?ｒａｙ?ＡＢＣＤ??Ｑ?Ｓ?ｂｅｃｏｍｅｓ?ｆｏｒｃｅ?ＰＱ?ｂ，ｆ?＾?ｋ?ｂｅｃｏｍｅｓ?ｆｏｒｃｅ?ＰＱ??Ｒｅｓｕｌｔａｎｔ?ｐ?Ｐ??Ｉ?ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ?ｆｏｒｃｅ??Ｄ?Ｓ?Ｒｅｓｕｌｔａｎｔ??ＰＲ?＼ｃ｜?＂ｇｒａｄｉｅｎｔ”?ｆｏｒｃｅ??圖１．２光鑷三維操縱示意圖［７７】。⑷軸向受力；（ｂ）橫向受力。??１．２．２尺度相關(guān)及適用模型??上述通過射線光學(xué)和動量守恒來描述光鑷俘獲微粒的過程形象而深刻，然而??對于揭示光鑷中光與物質(zhì)相互作用的解釋稍顯片面。光學(xué)捕獲（ｏ

?第１章緒?論???５１４．５?ｎｍ?ＬＩＧＨＴ??〃?｜，ｒ??｝?Ｔ??＇ｙｗｉ?ｒ?Ａ??ｆＵＰ??ｈ２０?＼〇ｆ??４—ＣＥＬＬ??ｎｏｎ?ｊ?＼?ｎ?〇．．—＞??＜?ｔｌＨ??圖１．３經(jīng)典光鑷系統(tǒng)Ｍ。??等于它們的焦距之和，此時ＧＭＭ與Ｌ３的間距ｄｍ可由幾何光學(xué)計(jì)算求得??ｄＧ，?＝?ｊｙ，?＋?ｆＡ－ｊｄ，０）．?（１．５）??式中，／３和／４分別是透鏡１３與１４的焦距，‘為內(nèi)置透鏡１４與物鏡的間距。??手動調(diào)節(jié)ＧＭＭ旋鈕使其旋轉(zhuǎn)一個小角度＆，計(jì)算入射至物鏡后孔徑的光束偏??轉(zhuǎn)角度為??＝?—２＾＾．?（１．６）??對應(yīng)地，光阱在物鏡聚焦平面的移動量為??ｒ?＝?ｆＥＦＬ＾ｌ－?（１．７）??其中是物鏡的有效焦距。選取幾個典型值：／３?＝?２５０?ｍｍ，／４?＝?１８０?ｍｍ，??ｉ＾ｆＬ?＝?１．８ｍｍ，ｒｆ４０?＝?１３９ｍｍ，計(jì)算得?，其中?／■單位取米，＆單??位取弧度（ｒａｄ）。ＧＭＭ被旋轉(zhuǎn)１毫弧，光阱移動量ｒ等于５微米。該方案對光阱??的移動精度取決于ＧＭＭ的旋轉(zhuǎn)精度，手動調(diào)節(jié)時流暢度不夠，容易導(dǎo)致捕獲的??顆粒因抖動而逃離陷阱區(qū)域。實(shí)際中我們可以將ＧＭＭ安裝在高精度的電動旋??轉(zhuǎn)位移臺上，通過軟件發(fā)送脈沖指令控制移動量，不僅準(zhǔn)確快速，而且可以輸入??特定類型的控制信號，進(jìn)行更復(fù)雜多樣化的操作。比如，利用光學(xué)拉伸（ｏｐｔｉｃａｌ??ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ）研究活細(xì)胞的細(xì)胞膜受到外力作用時的形變過程，并計(jì)算其剪切模量??（ｓｈｅａｒ?ｍｏｄｕｌｕｓ）?［６１】。??２００６年，Ｊｅｆｆｒｅｙ等［８４］采用類似的思路搭建雙光束光鑷系統(tǒng)，如圖１．５（ｂ）所??示。不同點(diǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光光鑷?yán)庾V技術(shù)的鼻咽癌研究展望[J]. 謝樹森,王啟文,林居強(qiáng),吳志偉.  福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2021(01)



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