基于LP21模式的單光纖光鑷系統(tǒng)研究.pdf

1、人類的歷史進(jìn)程離不開生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，而激光和光鑷的出現(xiàn)，更是成為了生命科學(xué)研究最為重要的工具。生命科學(xué)中的一系列微小尺寸的微粒，包括各種細(xì)胞、DNA、染色體等都需要一種有效且無損傷的操縱方式。光鑷就是最合適的選擇，因而在生物、物理化學(xué)和高分子物理等學(xué)科中成為了一個(gè)重要工具。隨著光鑷研究的深入，光鑷逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，成為一種廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的消費(fèi)級(jí)儀器。
　　本課題驗(yàn)證了一種采用低階LP21模式的單光纖光鑷系統(tǒng)。本文基于LP21

2、模式的扭轉(zhuǎn)線性特性和彎曲無關(guān)性特性，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面驗(yàn)證了，采用磨錐光纖聚焦的LP21模式可以作為一種有效的光鑷操縱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包括對(duì)微粒的選擇、融合、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等操縱。同時(shí)本文對(duì)微粒在LP21模式中的受力進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和數(shù)值仿真。采用最為常規(guī)的幾何光學(xué)模型（RO模型）對(duì)微粒受力進(jìn)行建模和仿真，仿真結(jié)果和最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。單光纖光鑷簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)以及對(duì)生物細(xì)胞極為有效的操縱等優(yōu)勢(shì)，使得我們這個(gè)基于LP21模式的“光學(xué)爪盤”具有十

3、分廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文主要有以下幾部分內(nèi)容:
　　首先，本文簡(jiǎn)單介紹了光鑷技術(shù)的發(fā)展和基本原理，重點(diǎn)敘述了光纖光鑷的應(yīng)用和發(fā)展。通過對(duì)光鑷散射力和梯度力的分析，提出了光鑷形成三維勢(shì)阱操縱微粒的能力。
　　其次，本文從理論上分析了米氏粒子的幾何光學(xué)受力模型，利用Maple推導(dǎo)了微粒在LP21模式中受力的具體方程表達(dá)式，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的光束特性進(jìn)行了受力公式推導(dǎo)和數(shù)值仿真。
　　接著，闡述了光纖模式耦合理論和模式