基于金微環(huán)諧振器的表面等離子體光鑷研究.pdf

1、目前，光鑷技術(shù)憑借非接觸操作、精確度高、無機(jī)械損傷等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)和生物等研究領(lǐng)域中。而基于表面等離子體共振現(xiàn)象的近場光鑷?yán)觅渴艌鎏荻?，能夠突破衍射極限并增大光捕獲力，表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)激光光鑷更優(yōu)異的性能。在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，人們越來越關(guān)注如何在低功率下得到更大的光捕獲力，以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的微粒操控。
　　本文介紹了一種可以捕獲和驅(qū)動介質(zhì)納米粒子的跑道型金微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，利用其諧振特性對金膜表面激發(fā)的表面等離子體波進(jìn)行增

2、強(qiáng)，從而捕獲微粒并驅(qū)動其以恒定的速度繞跑道轉(zhuǎn)動。通過數(shù)值有限元方法和麥克斯韋應(yīng)力張量積分討論了介質(zhì)納米顆粒所受的光學(xué)力，在相同的輸入功率下，半徑為50nm的粒子在金跑道型微環(huán)諧振器上所受到的光學(xué)力及運(yùn)動速度是在直波導(dǎo)上的3~5倍。本文詳細(xì)討論了單個納米粒子在微諧振器不同位置處的運(yùn)動行為，為捕獲和操縱多個納米粒子并預(yù)測它們的運(yùn)動軌跡提供更多的細(xì)節(jié)。
　　如何防止表面等離子體波在傳播方向迅速衰減是近場光捕獲需要解決的關(guān)鍵問題之一。本文

3、設(shè)計(jì)了一個以金微環(huán)諧振器為關(guān)鍵器件、以表面等離子體波的相長干涉為核心的近場光鑷。該結(jié)構(gòu)利用在金表面激發(fā)的表面等離子體波捕獲介電納米顆粒，而表面等離子體波在微環(huán)諧振器中的相長干涉作用能夠極大增強(qiáng)局部光場，從而提高捕獲粒子所需的梯度力，并驅(qū)動其圍繞跑道結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。
　　本文結(jié)合微粒的布朗運(yùn)動與光力作用，得出了克服微粒布朗運(yùn)動所需最小勢阱，從而得到裝置能夠穩(wěn)定捕獲的最小功率。利用經(jīng)典DLVO理論計(jì)算了聚苯乙烯微粒與波導(dǎo)間的縱向相互作用勢，

4、直接從微觀層次驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)假設(shè)的正確性。對于溶液濃度及溫度對捕獲力的影響也進(jìn)行了一定的分析。
　　本文利用斯托克斯粘滯阻力公式計(jì)算了微粒繞軌道轉(zhuǎn)動的速度，并討論了單個納米微粒在微環(huán)不同位置時(shí)的運(yùn)動行為及詳細(xì)捕獲情況，為預(yù)測多個微粒運(yùn)動軌跡提供了理論依據(jù)。利用有限元法及麥克斯韋應(yīng)力張量法，結(jié)合仿真具體討論了影響捕獲力大小和微粒速度的因素。文章最后，預(yù)測了多個微粒的捕獲情況及運(yùn)動狀態(tài)，分析了實(shí)際加工情況，設(shè)計(jì)了光柵激發(fā)結(jié)構(gòu)，并對三維模型