介观尺度微粒的光致旋转及其转速测量技术研究

发布时间：2024-12-27 00:49

　　光致旋转是在光阱技术的基础上发展起来的微纳米尺度微粒角向操控技术,它将特殊光场所携带的角动量传递到被捕获的微粒,并产生力矩的作用,从而实现对微粒的旋转控制。光致旋转在光阱技术原有的三维操控的基础上,增加了对微粒角向维度的操控,极大地拓展了光阱技术的应用范围,具有广阔的应用前景。本文基于光阱技术研究了聚苯乙烯微球、血红细胞、球霰石等介观尺度微粒的光致旋转,并实现了其转速的高分辨率测量。本文内容主要分为两个部分:首先,利用双光束失准法首次实现了聚苯乙烯微球的光致轨道旋转以及人体血红细胞的光致自转和轨道旋转,分析了横向失准距离对双光束光阱各参数的影响;同时,利用自旋角动量传递法捕获并旋转球霰石微粒,并通过旋转多普勒法成功实现了对微粒转速的高分辨率测量。本文的研究内容极大地丰富了介观尺度微粒光致旋转的实现方式和实验现象,是对原有介观尺度微粒光致旋转技术的有效补充,进一步推动了光致旋转技术的发展与应用。本文的研究工作主要包括以下几个方面:1、基于射线模型,计算了双光束失准光纤光阱中被捕获微球所受到的光阱力,并利用Runge-Kutta法对不同失准条件下微球运动轨迹进行了仿真。仿真结果表明,随着横向...

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1单光束光阱捕获示意图，其中Fg表示梯度力

光阱为光镊，是指利用一束高度聚焦的激光度力和散射力两种，其中梯度力沿光强向指向光束传播方向。单光束光阱又称光束的梯度力捕获微粒，其捕获示意图如，形成极大的光强梯度。由于光强梯度受到的梯度力Fg远大于散射力Fs，微粒的位置，即光束焦点，从而实现三维捕现方式最简单的光阱类型，在实....

图1.2双光束光阱捕获示意图，其中Fg表示梯度力，Fs1和Fs2分别表示两束捕获光的散射力

光阱捕获示意图，其中Fg表示梯度力，Fs1和Fs2分别表示两束光纤光阱物镜的光阱系统本身具有体积庞大、工作距离短等固难应用于捕获处于狭缝、深孔等位置的微粒，这在一应用。光纤的出现及快速发展很好地解决了这一问题简单等优点，利用光纤产生的光阱捕获微粒具有工作简单、操作灵活等优势，....

图1.3双光束光纤光阱系统示意图，光纤的严格对准是捕获的关键[62]

1.3双光束光纤光阱系统示意图，光纤的严格对准是捕获的E.R.Lyons等人在两根多模光纤的端面加工锥形透通过调整两根光纤的相对功率和端面距离，成功地实m介质微球的捕获和定位[65]。由于锥形透镜光纤具光纤组成的光纤光阱系统光阱梯度力较大，这很好地稳定性，同时还在一定程....

图1.4单光束光纤光阱捕获示意图，其中N表示支撑力相对于传统的光阱技术，光纤光阱工作距离长、操作灵活，且能够与微流控

1.3双光束光纤光阱系统示意图，光纤的严格对准是捕获E.R.Lyons等人在两根多模光纤的端面加工锥形透通过调整两根光纤的相对功率和端面距离，成功地m介质微球的捕获和定位[65]。由于锥形透镜光纤具光纤组成的光纤光阱系统光阱梯度力较大，这很好稳定性，同时还在一定程度上提....

本文编号：4020883