真空光镊及其反馈控制

发布时间：2021-03-19 14:55

　　真空光镊是一种近几年来得到很大关注并正在成为研究热点的光机械体系。相较于其它光机械体系,真空光镊具有超高位置探测灵敏度,与环境无机械接触,从飞克到纳克的可选有效质量范围,额外的旋转自由度和丰富的控制手段等优势。在精密测量方面,利用真空光镊可以构建仄牛级的极弱力探测器,亚飞克级的纳米颗粒质量探测器,微伽级的加速度计等超灵敏探测器。在物理学研究方面,真空光镊被用于宏观量子现象,微观热力学,超高速转子,近距力学现象等的研究。由于真空光镊的功能化离不开对光捕获纳米颗粒运动状态的控制,光动量反馈控制,参数反馈控制,腔冷却等控制技术是现阶段真空光镊的研究重点。弄清楚真空光镊控制方案的物理原理,提高真空光镊控制的效率与极限,拓展真空光镊控制的方式与功能,是真空光镊反馈控制的主要研究方向,也是本论文的研究重点。围绕该方向,本论文具体的研究内容和取得的进展包括:1.构建了一套基于单光束捕获的真空光镊实验系统。能实现对直径150纳米左右二氧化硅小球的真空光捕获。稳定捕获真空度达到10-7mbar,颗粒位置探测灵敏度达到皮米级别。可以通过控制光强的方式控制光捕获纳米颗粒的运动状态。2.利用道威棱镜实现光捕获... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１利用光线分析小球在平行光场中的受力图中ａ、ｂ光线的偏转角相同，但ａ的光??强强于ｂ

０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?３．５?４．０??Ｄｉａｍｅｔｅｒ?（ｊｉｍ）??图１．３根据洛伦兹？米氏理论计算空气中微粒Ｚ轴上的最小受力随着微粒半径的变化ｌ＾。??当最小受力大于零时，小球无法在Ｚ轴上被捕获。??８??

?Ｘ－Ｙ梯度力分布??ＩｐｉｉｉＭ?ｍ：：：：ｙ：ｍ?ｈｈｈ??ｌ＿?ＩＩ?Ｙ＿??ＸＸＸ??图１．２散射力与梯度力在紧聚焦高斯光束束腰位置处不同平面的力场分布，光束沿ｚ轴传??播。??１．２．３米氏模型??当微粒尺度与光波长为同一量级时（ａ?？ＡＱ），微粒进入米氏散射区域，此时??几何模型和瑞利模型都不能准确的描述微粒在光场中的受力情况。为了解决在??此尺度范围内的微粒受光力问题，主要使用洛伦兹－米氏散射理论［９５】及以此为基??础出发的模型来解决此类问题。目前己经有很多针对此种情况计算微粒受力的??程序。不过，想要较为准确的获得微粒在光场中的受力，需要对实际光学系统的??光场和微粒的精确建模。??Ｉｎ?ａｉｒ，?ｐｏｗｅｒ?＝?１００?ｍＷ??３０?－?ＮＡ?＝?０．８５?－???ＮＡ?＝?０．９５??２０－?－??—＂Ｋ：鶴?ｕ：．．．．．．．??ｗ＂＇．：…丨丨：??－２。：?ｖｙ?；；??．３０?－?ｖ?Ｖ??０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?３．５?４．０??Ｄｉａｍｅｔｅｒ?（ｊｉｍ）??图１．３根据洛伦兹？米氏理论计算空气中微粒Ｚ轴上的最小受力随着微粒半径的变化ｌ＾。??当最小受力大于零时，小球无法在Ｚ轴上被捕获。??８??


本文编号：3089759