光操控技術(shù)具有非接觸、無(wú)損傷與高精度操控微小尺度粒子的特點(diǎn),自發(fā)明以來(lái)被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料等學(xué)科的前沿領(lǐng)域,同時(shí)各領(lǐng)域?qū)ζ鋺?yīng)用也提出了新的要求。相對(duì)于貝塞爾光束和高斯光束,圓形艾里渦旋光束具有獨(dú)特的自聚焦特性。該光束應(yīng)用于微粒操控時(shí)在焦點(diǎn)處具有更強(qiáng)的梯度力,能夠提高粒子捕獲的穩(wěn)定性;同時(shí)其也能夠繞開(kāi)障礙物到達(dá)目標(biāo)和推著粒子沿拋物線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)。因此,基于圓形艾里渦旋光的光鑷技術(shù)能夠極大地豐富和增強(qiáng)光學(xué)微操控的功能,可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)高斯光鑷技術(shù)的不足,是近幾年的一個(gè)研究熱點(diǎn)。影響圓形艾里渦旋光微操控系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問(wèn)題包括圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生、傳輸、深聚焦特性、微粒所受光學(xué)力、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等。本文在對(duì)上述幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,搭建微粒操控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)二氧化硅顆粒的捕獲和旋轉(zhuǎn)。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下四部分:（1）基于數(shù)字全息技術(shù)和空間光調(diào)制器,構(gòu)建圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究并給出了圓形艾里渦旋光各參數(shù)對(duì)自聚焦、自修復(fù)特性的影響。結(jié)合數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究了圓形艾里渦旋光在焦點(diǎn)處的光強(qiáng)分布、焦距與輸入光的截止系數(shù)、尺度因子、第一主環(huán)半徑、束腰半徑及拓?fù)浜芍g的關(guān)系;實(shí)... 

【文章頁(yè)數(shù)】：105 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 光鑷的提出
        1.1.2 全息光鑷
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的研究目標(biāo)和內(nèi)容
第二章 圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生及傳輸特性研究
    2.1 艾里光的基本理論
        2.1.1 理想艾里光束簡(jiǎn)介
        2.1.2 一維有限能量的艾里光束
        2.1.3 二維有限能量的艾里光束
        2.1.4 圓形艾里渦旋光束的理論基礎(chǔ)
        2.1.5 光的傳輸理論基礎(chǔ)
    2.2 艾里光的產(chǎn)生與傳輸特性研究
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    2.3 圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生與傳輸特性研究
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        2.3.2 圓形艾里渦旋光的自聚焦特性
        2.3.3 圓形艾里渦旋光的奇點(diǎn)特性
        2.3.4 圓形艾里渦旋光的自修復(fù)性
    2.4 本章小結(jié)
第三章 圓形艾里渦旋光的深聚焦特性研究
    3.1 深聚焦理論基礎(chǔ)
    3.2 深聚焦的數(shù)值仿真
        3.2.1 X向線(xiàn)偏振光
        3.2.2 Y向線(xiàn)偏振光
        3.2.3 左旋圓偏振光
        3.2.4 右旋圓偏振光
        3.2.5 徑向偏振光
        3.2.6 角向偏振光
    3.3 圓形艾里渦旋光各參數(shù)對(duì)深聚焦特性的影響
        3.3.1 拓?fù)浜蓪?duì)深聚焦特性的影響
        3.3.2 截止系數(shù)對(duì)深聚焦特性的影響
        3.3.3 尺度因子對(duì)深聚焦特性的影響
        3.3.4 第一主環(huán)半徑對(duì)深聚焦特性的影響
        3.3.5 NA值對(duì)深聚焦特性的影響
    3.4 應(yīng)用
    3.5 本章小結(jié)
第四章 圓形艾里渦旋光作用于微粒的光學(xué)力研究
    4.1 粒子捕獲的基本理論
        4.1.1 幾何光學(xué)模型
        4.1.2 米氏模型
        4.1.3 瑞利模型
    4.2 圓形艾里渦旋光作用于瑞利粒子的光學(xué)力研究
        4.2.1 偏振態(tài)對(duì)粒子捕獲穩(wěn)定性的影響
        4.2.2 右旋圓偏振圓形艾里渦旋光束對(duì)高低折射率粒子的捕獲
        4.2.3 不同參數(shù)的輸入光對(duì)粒子捕獲穩(wěn)定性分析
    4.3 圓形艾里渦旋光對(duì)瑞利微粒的光力矩
    4.4 本章小結(jié)
第五章 基于圓形艾里渦旋光的微粒操控系統(tǒng)
    5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建
        5.1.1 器件的選擇
        5.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    5.2 全息圖的生成
    5.3 微粒操控的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者在攻讀博士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文
作者在攻讀博士學(xué)位期間所參加的科研項(xiàng)目
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[9]艾里光束產(chǎn)生方法的研究進(jìn)展[J]. 程振,趙尚弘,楚興春,鄧博于,張曦文.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2015(03)
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博士論文
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[2]新型動(dòng)態(tài)光鑷技術(shù)及應(yīng)用研究[D]. 張聿全.南開(kāi)大學(xué) 2015
[3]全息光鑷及相關(guān)技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 馬百恒.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2012
[4]光鑷的理論模型及納米顆粒的操縱[D]. 周金華.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]幾類(lèi)艾里光束的傳輸特性研究[D]. 花森.南京航空航天大學(xué) 2017
[2]基于渦旋貝塞爾光場(chǎng)的粒子操控研究[D]. 王曉雁.東南大學(xué) 2017
[3]矢量貝塞爾波束對(duì)瑞利粒子的光學(xué)操控研究[D]. 楊瑞平.西安電子科技大學(xué) 2015
[4]Airy加速光束和突然自聚焦光束的產(chǎn)生和傳輸特性研究[D]. 王淑貞.山東師范大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3689072