光阱是利用激光束對微粒進行捕獲與操控的空間勢阱。基于光阱的傳感系統(tǒng)憑借無接觸支撐、高靈敏度以及易于集成化等優(yōu)點,在精密傳感與前沿物理領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的技術(shù)優(yōu)勢與廣闊的應(yīng)用前景。對于光阱系統(tǒng),微球動力學性質(zhì)決定了光阱傳感的探測極限,也是研究前沿物理問題的基礎(chǔ),因此對微球進行動力學分析是深入理解光阱機理進而拓展光阱應(yīng)用的關(guān)鍵。本文針對光阱中微球動力學研究,介紹了光阱力計算與微球運動理論,設(shè)計并搭建了光阱實驗平臺,探索了光阱中微球在特殊環(huán)境下的動力學特性,主要研究內(nèi)容包括:（1）建立了雙光束對射光阱中微球動力學模型,從光阱力學理論出發(fā),結(jié)合流體環(huán)境中微球的布朗運動理論,利用郎之萬方程對光阱中微球的運動狀態(tài)進行描述;使用彈簧振子模型,分析了光阱中微球?qū)ν饨缂畹捻憫?yīng);針對微球所處的不同環(huán)境（如不同的真空環(huán)境、雙光束對準誤差及溫度條件）,對微球動力學進行了分析,為深刻理解光阱機理進而實現(xiàn)光阱高靈敏度傳感奠定了基礎(chǔ)。（2）開展了真空光阱系統(tǒng)中微球動力學實驗研究,搭建了雙光束真空光阱系統(tǒng),通過對微球在常壓與真空條件下的運動信號進行探測,分析了不同真空度條件下微球運動狀態(tài)的變化;從時域與頻域上對微球的運... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２腔光冷卻示意圖［４２］??（２）微電子探索??由于光阱所俘獲的粒子尺寸介于納米至數(shù)十微米范圍之間，因此光阱的發(fā)展也為人類??

?浙江大學博士學位論文???將納米粒在諧振頻率處的運動溫度抑制至１０ｍＫ量級，同時指出，在該壓強條件下，微粒??質(zhì)心運動溫度進一步冷卻主要受限于激光器的嗓聲［４３］。??Ｆ１?醫(yī)?ｆ＂＂］??／＼＾Ｊ＾ｙｙ＼／＼ｙ??ＬｉＪｑ??？，一?２??圖１．２腔光冷卻示意圖［４２］??（２）微電子探索??由于光阱所俘獲的粒子尺寸介于納米至數(shù)十微米范圍之間，因此光阱的發(fā)展也為人類??探索該尺度范圍的微觀物理現(xiàn)象提供了新的可能。??２０１４年，斯坦福大學的ＤａｖｉｄＭｏｏｒｅ分析了?“中性粒子”的帶電量［４４］，首次完成了對??微米級粒子的微電荷量測試。利用紫外光激發(fā)微球上的電子從而控制懸浮微球的帶電量，??同時通過施加高強度的電場實現(xiàn)了微球所受電場力的精確測量，進而計算得到微球的微電??荷量（小于單個電子的電荷量）。實驗結(jié)果表明，對于質(zhì)量為１．４ｎｇ的微小粒子，其長時間??的帶電量測試結(jié)果如圖１．３所示。??Ａ?２?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＞?ｋ?＞?＾?Ｉ??—＾?〇｝??ａ?２?￥?二一１?＿?？?．?？?．?？？？?＊?：?ｆｒ＾?■??￣?一?２?１?？?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｌ＿?［?Ｉ?＞??０?１????１０（）（）（）?２００００?３００００?４００００?５００００?０?２５?５０??ｇ?Ｔｉｍｅ?［ｓ］?Ｃｏｕｎｔｓ??〇?〇?？－?■■???１１?■?１?＇?＂?■???１?１?１１?－－????Ｓ＊??ｔＳ?－１［?，?，?，?，?，?，?—－?＇??０?１００００?２００００?３００

?＾???式中，修正參數(shù)ａ表示微弱的“異�！敝亓ο鄬τ诮�(jīng)典重力的偏差。在０．１－１０微米尺寸??范圍內(nèi)，基于光阱的重力探測方案具有巨大優(yōu)勢，如圖１．４（ａ）所示，其中黃色區(qū)域是已經(jīng)??探明重力區(qū)間，而紅色線條ａ和ｂ所包含的區(qū)域則是光阱系統(tǒng)所能進行測量的范圍。??（ａ）?１０＇－，?ｗ，?????（ｂ）?ｌ〇＇？，????????．￣－１??．．．．．?Ｖ＾Ｄｅｃｃａ－０７?．?；??Ｅｘｃｌｕｄｅｄ?ｂｙ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?１０＿ｌｈ?ｒ?ｗｍ?１??１０？．?．?＿ｌ（ｒｉ－?—；￡，？?ｉ??Ｖ、＇－?＼?＼?－＾Ｃ．?ｙ?Ｍａｓｕｄａ－０８?■?ＵＨ?ＳｕｐｃｍｕｌｕｗＫｖ?：??。＼?又’分，—－蘭?Ｉ�！敢唬海�??－?＼義一－?１０：、?ｆ?：?；?！?：?；?：ｉ??ｉｄ．ｒ．．．．ｉｒ，０；ｉ—？???’？：—＾??Ａ?（ｕｍ）?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?（Ｈｚ）??圖１．４光阱在引力探測中的應(yīng)用??（ａ）牛頓引力修正的實驗相空間圖［４５１?（ｂ）基于光阱的引力場探測量靈敏度與ＬＩＧＯ對比??２０１３年，西北大學的Ａｎｄｒｅｗ團隊提出利用光阱系統(tǒng)進行引力波探測的方案＾］，利用??光學捕獲和冷卻介質(zhì)微球可以完成高頻段引力波測量，圖１．４（ｂ）展示了該方案與ＬＩＧＯ（激??光干涉引力波天文臺）系統(tǒng)的引力波探測靈敏度對比，在５０－３００ｋＨｚ范圍內(nèi)基于光阱的引??力測量可以獲得比ＬＩＧＯ系統(tǒng)高出１到３個數(shù)量級的探測靈敏度。??５〇?Ｍｍ?Ａ??圖１．５超短距離引力探測示意圖［４９！??２０１６年，斯坦福大學的Ｇｍｔｔａ團隊提出了光學懸浮微球和

【參考文獻】：
期刊論文
[1]真空光鑷技術(shù)綜述（英文）[J]. Nan LI,Xun-min ZHU,Wen-qiang LI,Zhen-hai FU,Meng-zhu HU,Hui-zhu HU.  Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(05)
[2]旋轉(zhuǎn)玻片法實現(xiàn)分時復用多光阱[J]. 吳建光,任煜軒,王自強,周程,李銀妹.  中國激光. 2009(10)



本文編號：3419478