基于局域空心光束的光镊技术研究

发布时间：2021-04-17 00:48

　　空心光束具备很多新颖且独特的特征,比如桶状光强分布、螺旋波阵面、中心相位奇异、自旋角动量和轨道角动量、暗斑尺寸小和无加热效应等。这些新颖的物理特征使得空心光束在激光冷却和囚禁、光学镊子、微观粒子（生物细胞、原子、分子和电介质粒子）操控等方面具有广阔的应用前景,因此空心光束吸引了众多科研工作者的研究兴趣。而在空心光束中有一个更为特殊的光束种类,引起了人们的广泛关注。这种空心光束在传播方向上具有非常小甚至零光强的三维闭合区域。该区域的周围是高强度的光场分布,像一个特殊的密闭空间,我们称这类激光束为局域空心光束（bottle beam）。近年来,由于局域空心光束具有三维封闭的暗空心区域和极高的强度梯度的特点,在粒子俘获和光学微操作领域得到了广泛的应用。因此,如何简便地获得合适尺寸的局域空心光束成为近年来的研究热点。本论文对局域空心光束的设计产生及捕获粒子进行了一定的研究分析,设计更加简单高效产生局域空心光束的光学系统,并利用COMSOL和MATLAB软件对局域空心光束捕获碳纳米团簇粒子进行相关光镊作用力分析。本论文的主要研究工作可划分为以下几个方面:（1）采用半导体激光变发散角整形设计,并结... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

轴棱锥－透镜系统产生局域空心光束的光场分布示意图[46]

第1章绪论32013年BingGu等人证明了聚焦空间变线性偏振矢量光束可以控制产生局域空心光束光场[47]。基于傍轴近似下的矢量瑞利-索末菲公式，从理论上给出了矢量光束聚焦场的解析表达式，并预测了聚焦区域偏振态的演化。在其实验中，观察了与数值模拟相一致的矢量局域空心光常通过改变方位角拓扑电荷和径向模指数，控制局域空心光束的偏振态和尺寸，如图1.2所示。图1.2偏振控制下的局域空心光束的尺寸变化[47](a)模拟聚焦矢量光束在yz平面上的纵向强度分布；(b)模拟xy平面横向强度分布；(c)测量xy平面横向强度分布2014年HuapengYe提出了一种利用二元相位掩模和聚焦透镜产生空心-局域空心光束的单光束生成方案[48]。该方案在方位角和径向偏振的入射光下均具有相同的工作特性。还可以使用相同的二元掩模作为不同数值孔径(NA)选择的聚焦透镜。观察到空心-局域空心光束的长度与NA2成反比，而空心-局域空心光束的中空区域的直径与NA成反比，从而产生可调的空心-局域空心光束。这种空心-局域空心光束在远距离无创性操作微小粒子方面可能会有更加高效的应用，如图1.3所示。图1.3利用相位控制二元元件生成空心-局域空心光束的原理图[48]

第1章绪论32013年BingGu等人证明了聚焦空间变线性偏振矢量光束可以控制产生局域空心光束光场[47]。基于傍轴近似下的矢量瑞利-索末菲公式，从理论上给出了矢量光束聚焦场的解析表达式，并预测了聚焦区域偏振态的演化。在其实验中，观察了与数值模拟相一致的矢量局域空心光常通过改变方位角拓扑电荷和径向模指数，控制局域空心光束的偏振态和尺寸，如图1.2所示。图1.2偏振控制下的局域空心光束的尺寸变化[47](a)模拟聚焦矢量光束在yz平面上的纵向强度分布；(b)模拟xy平面横向强度分布；(c)测量xy平面横向强度分布2014年HuapengYe提出了一种利用二元相位掩模和聚焦透镜产生空心-局域空心光束的单光束生成方案[48]。该方案在方位角和径向偏振的入射光下均具有相同的工作特性。还可以使用相同的二元掩模作为不同数值孔径(NA)选择的聚焦透镜。观察到空心-局域空心光束的长度与NA2成反比，而空心-局域空心光束的中空区域的直径与NA成反比，从而产生可调的空心-局域空心光束。这种空心-局域空心光束在远距离无创性操作微小粒子方面可能会有更加高效的应用，如图1.3所示。图1.3利用相位控制二元元件生成空心-局域空心光束的原理图[48]


本文编号：3142487