光操控技術具有非接觸、無損傷與高精度操控微小尺度粒子的特點,自發(fā)明以來被廣泛應用于物理、化學、生物醫(yī)學、材料等學科的前沿領域,同時各領域?qū)ζ鋺靡蔡岢隽诵碌囊蟆Ｏ鄬τ谪惾麪柟馐透咚构馐?圓形艾里渦旋光束具有獨特的自聚焦特性。該光束應用于微粒操控時在焦點處具有更強的梯度力,能夠提高粒子捕獲的穩(wěn)定性;同時其也能夠繞開障礙物到達目標和推著粒子沿拋物線軌跡運動。因此,基于圓形艾里渦旋光的光鑷技術能夠極大地豐富和增強光學微操控的功能,可以彌補傳統(tǒng)高斯光鑷技術的不足,是近幾年的一個研究熱點。影響圓形艾里渦旋光微操控系統(tǒng)性能的關鍵問題包括圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生、傳輸、深聚焦特性、微粒所受光學力、系統(tǒng)實現(xiàn)等。本文在對上述幾個關鍵問題進行深入研究的基礎上,搭建微粒操控系統(tǒng),實現(xiàn)二氧化硅顆粒的捕獲和旋轉(zhuǎn)。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括以下四部分:（1）基于數(shù)字全息技術和空間光調(diào)制器,構建圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生系統(tǒng),實驗研究并給出了圓形艾里渦旋光各參數(shù)對自聚焦、自修復特性的影響。結合數(shù)值仿真和實驗研究了圓形艾里渦旋光在焦點處的光強分布、焦距與輸入光的截止系數(shù)、尺度因子、第一主環(huán)半徑、束腰半徑及拓撲荷之間的關系;實... 

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學位級別】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的研究目標和內(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
        2.1.5 光的傳輸理論基礎
    2.2 艾里光的產(chǎn)生與傳輸特性研究
        2.2.1 實驗系統(tǒng)搭建
        2.2.2 實驗結果及分析
    2.3 圓形艾里渦旋光的產(chǎn)生與傳輸特性研究
        2.3.1 實驗裝置
        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特性
        2.3.4 圓形艾里渦旋光的自修復性
    2.4 本章小結
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
    3.2 深聚焦的數(shù)值仿真
        3.2.1 X向線偏振光
        3.2.2 Y向線偏振光
        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)對深聚焦特性的影響
        3.3.1 拓撲荷對深聚焦特性的影響
        3.3.2 截止系數(shù)對深聚焦特性的影響
        3.3.3 尺度因子對深聚焦特性的影響
        3.3.4 第一主環(huán)半徑對深聚焦特性的影響
        3.3.5 NA值對深聚焦特性的影響
    3.4 應用
    3.5 本章小結
第四章 圓形艾里渦旋光作用于微粒的光學力研究
    4.1 粒子捕獲的基本理論
        4.1.1 幾何光學模型
        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力研究
        4.2.1 偏振態(tài)對粒子捕獲穩(wěn)定性的影響
        4.2.2 右旋圓偏振圓形艾里渦旋光束對高低折射率粒子的捕獲
        4.2.3 不同參數(shù)的輸入光對粒子捕獲穩(wěn)定性分析
    4.3 圓形艾里渦旋光對瑞利微粒的光力矩
    4.4 本章小結
第五章 基于圓形艾里渦旋光的微粒操控系統(tǒng)
    5.1 實驗系統(tǒng)的構建
        5.1.1 器件的選擇
        5.1.2 系統(tǒng)結構
    5.2 全息圖的生成
    5.3 微粒操控的實驗結果
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 研究總結
    6.2 展望
參考文獻
作者在攻讀博士學位期間公開發(fā)表的論文
作者在攻讀博士學位期間所參加的科研項目
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]Super-resolution longitudinally polarized light needle achieved by tightly focusing radially polarized beams[J]. 史長坤,聶仲泉,田彥婷,劉超,趙永創(chuàng),賈寶華.  Optoelectronics Letters. 2018(01)
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[5]自加速光的調(diào)控及其新奇應用[J]. 陳志剛,許京軍,胡毅,宋道紅,張澤,趙娟瑩,梁毅.  光學學報. 2016(10)
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[8]艾里光束傳輸軌跡控制方法的研究進展[J]. 程振,楚興春,趙尚弘,鄧博于,張曦文.  激光與光電子學進展. 2015(06)
[9]艾里光束產(chǎn)生方法的研究進展[J]. 程振,趙尚弘,楚興春,鄧博于,張曦文.  激光與光電子學進展. 2015(03)
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博士論文
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[3]全息光鑷及相關技術的理論與實驗研究[D]. 馬百恒.中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所） 2012
[4]光鑷的理論模型及納米顆粒的操縱[D]. 周金華.中國科學技術大學 2010

碩士論文
[1]幾類艾里光束的傳輸特性研究[D]. 花森.南京航空航天大學 2017
[2]基于渦旋貝塞爾光場的粒子操控研究[D]. 王曉雁.東南大學 2017
[3]矢量貝塞爾波束對瑞利粒子的光學操控研究[D]. 楊瑞平.西安電子科技大學 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 2014



本文編號：3689072