光子晶体通道中微粒操控研究

发布时间：2017-10-09 22:19

  本文关键词：光子晶体通道中微粒操控研究

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【摘要】：近场倏逝波具有很强的强度梯度,能够克服传统光镊中衍射极限和传输深度小的缺点。同时,近场光学操纵使用的光学器件可以在芯片实验室上集成,能够更好地应用于单分子分析、纳米物体装配和光学色谱分析。因此越来越多的研究利用光波导、光学谐振腔、光子晶体和表面等离子纳米颗粒产生的倏逝场增强光力,从而增强对微粒的操控、捕获和输运能力。本文旨在一定的光子结构中,通过调节入射光的偏振特性、波长,光子结构的尺寸参数,实现对纳微物体沿光传播方向的推动、逆光传播方向的牵引、以及捕获。基于光子周期结构的能带理论和数值模拟计算,建立了光子晶体通道的结构和计算模型。利用光子晶体通道的导模,通过调节微粒的几何和物理参数,得到在光子晶体通道中微粒的受力出现牵引力的条件,研究表明折射率较大、形状是椭圆状的微粒更容易受到牵引力。计算和总结了光子晶体结构参数对微粒受到的牵引力的影响。研究入射光的模式与波长对光子晶体通道内光场的影响。通过调节入射光的模式,可以控制椭球状微粒受力的性质,当入射光是TE模时,微粒受到一个使其远离光源的推力;当入射光是TM模时,微粒受到一个将其拉向光源的牵引力。同时,构建了一个可以双向操纵椭圆状微粒的光子晶体通道结构,在低雷诺数液体环境中,研究了椭圆状微粒在该结构中处在不同位置时的输运速度。分析了光子晶体通道中周期性光场对单个和多个球状颗粒的捕获。从微粒半径对通道内光场的影响出发,确定了可以捕获的微粒半径范围。计算了单个不同半径颗粒对光势阱的影响,发现了每个周期内存在两个势阱,但二者的深度不同,且稳定数都远大于1,因此都可以稳定捕获球状微粒。分析每个周期内两个平衡位置微粒被捕获的刚度,在一定范围内随着半径的增加而增加。最后也研究了对多粒子体系的捕获,研究表明,光子晶体通道结构可以在一定半径范围内俘获很多纳米颗粒,实现纳米颗粒的自组装。
【关键词】：光学牵引力 光捕获 光子晶体 多粒子捕获 光输运
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-14
• 1.2.1 近场捕获和传输研究进展10-12
• 1.2.2 牵引力的研究进展12-14
• 1.3 课题的研究目的和意义14-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 光子晶体通道内的光学牵引力16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 建立光子晶体通道二维计算模型16-18
• 2.3 微粒参数对其受力的影响18-25
• 2.3.1 几何参数对微粒受力的影响19-22
• 2.3.2 折射率对微粒受力的影响22-25
• 2.4 光子晶体结构参数对微粒受力的影响25-30
• 2.4.1 晶格常数对微粒受力的影响25-26
• 2.4.2 通道宽度对微粒受力的影响26-28
• 2.4.3 圆洞孔径对微粒受力的影响28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 光子晶体通道实现双向操纵32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 入射光模式对微粒受力的影响32-36
• 3.2.1 TE模式入射对微粒受力的影响32-35
• 3.2.2 入射光波长对微粒受力的影响35-36
• 3.3 实现微粒的双向操控36-40
• 3.3.1 建立双向操控结构模型36-38
• 3.3.2 双向操控结构输运特性研究38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 光子晶体通道对多粒子体系的捕获41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 通道中周期性光场对单粒子俘获41-46
• 4.2.1 微粒半径对光场及捕获力的影响41-44
• 4.2.2 单个粒子俘获特性研究44-46
• 4.3 通道中周期性势阱对多粒子俘获46-51
• 4.3.1 多微粒系统对光场及其受力的影响47-49
• 4.3.2 多个粒子俘获特性研究49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58

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本文编号：1002738