可調雙光纖錐形光鑷對球形顆粒捕獲操控的研究.pdf

1、自20世紀80年代以來，微捕獲和微操控技術得到了學術界的廣泛關注，尤其對一些生物大分子、活體細胞和固體顆粒捕獲并操控的研究得到了各領域科研工作者的空前重視。
　　本文提出了一種新型光學捕獲模型，解決實現了捕獲操控并收集液體或氣體中的固體顆粒的關鍵性問題。研究錐形雙光纖三維遠場可調光捕獲結構，以實現對細微固體微球的捕獲和操控，獲得對液體或氣體中的固體微球捕獲、操控和收集的理論和實驗模型，力爭使光纖光學領域中的光捕獲與光操控研究取得突

2、破性進展。本論文研究的完成不僅將大大提升我國在光捕獲領域的競爭力與影響力，而且在研究環(huán)境治理方面，也有著重要的應用參考價值。
　　本文首先在原有平面型光纖光鑷的基礎上探索得到更有力的激光鑷子—球形光纖尖端組成的錐形光纖光鑷，錐形光纖尖端的半球面相比平面型光纖能夠更強地聚焦通過光纖尖端的光束，可在光纖出射區(qū)域形成更強的聚焦光場，有更多的光子與捕獲對象交換能量和動量，從而得到更大的光力。之后引入雙光纖光鑷系統(tǒng)，是為了克服單光纖光鑷不能

3、穩(wěn)定捕獲被捕對象的缺陷的同時得到比單光纖光鑷更強的捕獲光場和更大的捕獲力，由半球形光纖尖端組成的錐形雙光纖光鑷系統(tǒng)是利用兩支精確準直、相向傳播的錐形光纖尖端制成的，從兩尖端的半球面出射的強激光束形成了更強的聚焦光場和光捕獲力。球狀顆粒被捕獲和控制在雙光纖發(fā)出的激光束里，兩束激光作用在微球上的沿豎直向上的豎向光捕獲分力完全能夠抵消重力實現懸浮，為既穩(wěn)定又有效地捕獲并操控球形顆粒做好準備工作。引入空氣微腔，是因為激光在空氣微腔中傳輸可以實現

4、其能量的衰減，通過改變錐形光纖前端空氣微腔的長度，便可改變帶有空氣微腔那端錐形光纖的激光會聚作用，進而達到改變光捕獲時的平衡位置，如此便可根據需求將被捕對象進行定向移動，達到對被捕對象實現操控的目的。此類錐形光纖的尖端在實驗上是由光纖經熔融拉錐或尖端研磨得到的。
　　最后，本文將液體中的操控拓展到了在空氣中對霧霾粉塵顆粒的捕獲研究。經過研究計算光纖在捕獲系統(tǒng)中的捕獲受力情況，最后得出的結論是：錐形雙光纖光鑷系統(tǒng)可以在空間三維中捕獲