飛秒渦旋光鑷操控橢球型微小粒子的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著光鑷技術(shù)的不斷發(fā)展，其實(shí)現(xiàn)了無接觸、微創(chuàng)傷的顯微操作和測量皮牛數(shù)量級的輻射力。由于光束攜帶角動量，當(dāng)光與微小粒子相互作用時(shí)，發(fā)生角動量的轉(zhuǎn)移，從而飛秒渦旋光鑷可以控制微小粒子的旋轉(zhuǎn)。在本文中，主要在前人科研工作的基礎(chǔ)上，對飛秒渦旋光鑷捕獲橢球型微小粒子的實(shí)驗(yàn)和理論進(jìn)行研究。在實(shí)驗(yàn)上，我們實(shí)現(xiàn)了飛秒渦旋光鑷旋轉(zhuǎn)微小粒子，并改變飛秒渦旋光的光功率，進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)測量橢球型微小粒子旋轉(zhuǎn)的角速度。在理論上，我們采用了光線追跡方法和全吸收的方法

2、來解釋飛秒渦旋光功率和被捕獲的橢球型微小粒子旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系。具體的內(nèi)容如下：
　　（1）回顧總結(jié)了飛秒渦旋光鑷顯微操控的主要研究背景及意義。先簡明地論述了激光光鑷的概況，即對光鑷的實(shí)驗(yàn)和理論研究進(jìn)行介紹。然后論述了脈沖式飛秒激光捕獲微小粒子的理論模型和飛秒激光穩(wěn)定捕獲的條件。最后對飛秒渦旋光鑷旋轉(zhuǎn)CuO微小粒子的機(jī)理進(jìn)行介紹，渦旋光有其獨(dú)特的特點(diǎn)，呈現(xiàn)“螺旋式缺陷”，利用這個(gè)特點(diǎn)，可以用其改進(jìn)飛秒激光光鑷。還指出了本文研究的主要

3、內(nèi)容。
　　（2）實(shí)現(xiàn)了飛秒渦旋光鑷操控橢球微小粒子的實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)中，利用飛秒激光制備出計(jì)算全息圖(CGH)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)可以將CGH的效率大幅度的提高。再用飛秒種子激光作為光源，垂直照射在CGH核上，產(chǎn)生飛秒渦旋光，并用其束縛和旋轉(zhuǎn)CuO微小粒子和血紅細(xì)胞。還研究了飛秒渦旋光功率與橢球型微小粒子的角速度的關(guān)系。
　　（3）采用光線追跡方法和全吸收方法建立了飛秒渦旋光鑷旋轉(zhuǎn)橢球型微小粒子的理論模型。光線追跡方法是當(dāng)

4、飛秒渦旋光束作用于微小粒子時(shí)，由于在其表面進(jìn)行反射和折射，將攜帶的軌道角動量傳遞給了微粒，則可得出飛秒渦旋光的功率和旋轉(zhuǎn)橢球型微小粒子角速度的關(guān)系。全吸收方法是利用吸收性的微小粒子將光束攜帶的軌道角動量全部吸收，實(shí)現(xiàn)其平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。
　?。?）理論模擬了飛秒渦旋光功率的變化對旋轉(zhuǎn)橢球型微小粒子角速度的影響。首先對渦旋光束的橫截面和光強(qiáng)度分布進(jìn)行模擬，從模擬圖中可以看出渦旋光束的相位空間分布呈螺旋狀，中心處的光強(qiáng)度為零，本文采用了TE