發(fā)布時間：2022-02-14 13:29

　　光學(xué)捕獲技術(shù)（也稱光鑷技術(shù)）因其可以對微粒進(jìn)行高精度、無破壞的捕獲、操控以及觀察而被廣泛研究。從生物化學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)到物理研究等諸多領(lǐng)域,光鑷技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。多焦點光場調(diào)控因其高效、多位置和可并行等優(yōu)點一直受到眾多研究者的重視,并在多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。因為多焦點光場應(yīng)用在光學(xué)捕獲上可實現(xiàn)多微粒同時捕獲,微粒獨立可控的優(yōu)點。所以,近年來,利用多焦點光場去進(jìn)行光學(xué)捕獲的研究成為一個趨勢。實現(xiàn)高穩(wěn)定性和高精確性的多焦點光學(xué)捕獲,關(guān)鍵點在于多焦點光場的調(diào)控設(shè)計。因此為了得到焦點能量分布均勻、焦點位置準(zhǔn)確、衍射效率高、焦點可控的陣列光斑以實現(xiàn)多焦點光學(xué)捕獲,本文對多焦點陣列光場的產(chǎn)生進(jìn)行了多方面的研究。具體內(nèi)容如下:1.基于Richards–Wolf矢量衍射理論提出了一種在緊聚焦系統(tǒng)中,利用環(huán)形分區(qū)相位（annular subzone phases,ASPs）的非迭代方法產(chǎn)生三維可控動態(tài)多焦點陣列的方法,此方法的優(yōu)勢體現(xiàn)在使用了非迭代的算法得到了高準(zhǔn)確度、高均勻性、位置可調(diào)以及可加載渦旋光束的三維多焦點陣列,簡化了運算過程,提高了效率。并且,此方法的可行性在計算模擬和實驗上都得到了很好的驗證... 

【文章來源】：魯東大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光束透射介電微粒的受力示意圖

基于多焦點光場調(diào)控的動態(tài)光學(xué)捕獲研究5圖1.2利用光鑷提取單條染色體[12,13]。(a)中期分裂的水稻活細(xì)胞；(b)脈沖激光對細(xì)胞穿孔使之破裂，釋放出染色體；(c)熒光激發(fā)的染色體，用光鑷提取其中單條染色體；(d)-(f)光鑷操控單條染色體分離；(g)-(h)利用微吸管收集分離的染色體1.2.2光鑷與分子生物學(xué)由于生物分子的空間尺度在納米量級以及生物分子間的作用力的皮牛量級，因此，若想對其進(jìn)行微觀操作研究，如研究生物分子水平的微小力和運動步幅，測量速度、力、位移等，自然生物分子或突變生物分子的周期和其他物理量來解釋生命運動的規(guī)律，光鑷技術(shù)正好滿足要求。由于光鑷具有自由靈活的操控性，因此生物學(xué)研究者們利用光鑷對生物分子的運動進(jìn)行實時跟蹤，進(jìn)而計算得到生物分子的動力學(xué)及力學(xué)性質(zhì)。光鑷在生物分子及其他分子上的成熟應(yīng)用，逐漸讓研究者們用在了研究生物物理學(xué)或生物化學(xué)的精細(xì)過程中，促進(jìn)了人們從根本上對生命活動和生命規(guī)律的探索和認(rèn)識。光鑷對大分子的測量和控制并不是直接控制，而是通過一個“手柄”小球間接的測量和控制。依據(jù)此間接性的原理，目前已發(fā)展了多種方法通過光鑷實現(xiàn)對生物大分子的測量，比如利用單光鑷、雙光鑷以及光鑷與微針的結(jié)合的方式等，具有很好的應(yīng)用前景。在對生物分子的研究中，驅(qū)動蛋白作為一種可以自我驅(qū)動運動的酶一直是熱門的研究對象。圖1.3（a）顯示了利用光鑷和“手柄”小球?qū)︱?qū)動蛋白運動特性的實驗研究[14]。首先在干凈的載玻片上固定一個微管，然后把預(yù)敷好驅(qū)動蛋白的納米硅球利用光鑷的方法放置到剛固定好的微管上。在顯微鏡的觀察下，納米硅球?qū)刂⒐苓\動。驅(qū)動蛋白運動實驗的分子分解過程如圖1.3（b）所示。圖1.3（b）左側(cè)顯示為移交手模型中染料分子移動了16.6納米；圖1.3（b）?

基于多焦點光場調(diào)控的動態(tài)光學(xué)捕獲研究6移動。實驗結(jié)果證明，驅(qū)動蛋白的運動模式是一種移交手模式[15]。圖1.3(a)驅(qū)動蛋白的運動研究[14]；(b)兩種經(jīng)典運動模式圖1.2.3光鑷與膠體科學(xué)一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)高度分散到另一種物質(zhì)(稱為分散介質(zhì))中所形成的體系叫做分散體系。分散程度的大小是表征分散體系特性的重要依據(jù)，所以通常按分散程度的不同把分散體系分成三類：粗分散體系（懸濁液）；膠體分散體系（膠體）和分子分散體系（溶液）。對于分散體系的研究，一定會牽涉到微粒與流體相互作用的研究。然而眾所周知，流體的科學(xué)研究通過實驗的方式是非常困難的，因為各種不確定性因素的存在，我們不能很好的控制變量。對于我們科研者來說，實驗困難從不意味著放棄實驗，任何一個好的理論總離不開實驗的驗證與完善。因此，為了更好的控制變量，更清晰的從實驗中認(rèn)識分散體系中的物理學(xué)特性，對于分散體系的研究便成了單粒子相互作用過程的研究。捕獲，夾持是光鑷最大的特點，而此特點正好可以幫助我們控制微粒，進(jìn)而精確研究微粒在流體中的物理學(xué)參數(shù)。如利用光鑷研究微粒相互作用勢[16]，長程引力相互作用[17]，研究布朗運動和擴(kuò)散以及其他動力學(xué)性質(zhì)，研究流體動力學(xué)相互作用[18]等。在光鑷發(fā)展的歷史進(jìn)程中，光鑷早已不僅僅是生物科學(xué)的得力助手，更是膠體科學(xué)研究中的重要工具。Xu等人利用光鑷捕獲微粒使兩微粒碰撞并直接用顯微鏡進(jìn)行觀察[19]，通過統(tǒng)計兩粒子在多次碰撞后的結(jié)合和分散狀態(tài)，得到兩粒子相互作用的物理學(xué)特性。具體的實驗方法為：用同一個光鑷同時捕獲到兩個粒子，然后短時的關(guān)閉光鑷。觀察兩例子的分散結(jié)合情況，統(tǒng)計得出兩粒子碰撞后的結(jié)合概率。由光鑷控制后的粒子的三種狀態(tài)如圖1.4所示。兩個粒子在光阱中被光鑷連續(xù)捕獲并

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光鑷技術(shù)的研究現(xiàn)況[J]. 李銀妹,龔雷,李迪,劉偉偉,鐘敏成,周金華,王自強,姚焜.  中國激光. 2015(01)
[2]Tunable rectangular array illuminator in periodically poled LiNbO3 crystal[J]. 李秋穎,霍娟,趙曉輝,陳險峰.  Chinese Optics Letters. 2014(05)
[3]雙光鑷測量膠體微粒間相互作用勢[J]. 任洪亮,莊禮輝,李銀妹.  中國激光. 2008(01)
[4]生命科學(xué)研究中的光鑷技術(shù)[J]. 李銀妹,樓立人.  生命科學(xué)儀器. 2004(04)
[5]光鑷技術(shù)中的納米位移探測及其測量誤差討論[J]. 陳洪濤,李銀妹,樓立人,孫黎,張達(dá),龔鏨.  中國激光. 2004(06)
[6]應(yīng)用光學(xué)微操作技術(shù)分選單條水稻染色體[J]. 王浩威,劉曉輝,李銀妹,韓斌,樓立人,王康俊.  生物物理學(xué)報. 2004(01)
[7]利用具有軌道角動量的光束實現(xiàn)微粒的旋轉(zhuǎn)[J]. 高明偉,高春清,何曉燕,李家澤,魏光輝.  物理學(xué)報. 2004(02)
[8]納米光鑷技術(shù)——新興的納米生物技術(shù)[J]. 李銀妹,樓立人.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2003(01)



本文編號：3624648