粒子在雙渦旋光束中的受力特性研究.pdf

1、光學(xué)渦旋在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，利用光渦旋可以成功的實現(xiàn)對粒子的操縱，隨著光渦旋技術(shù)的不斷發(fā)展逐漸成為生命技術(shù)及微操縱研究領(lǐng)域的有力工具。近幾年，為了提高粒子的捕獲效率，許多專家學(xué)者又提出了利用雙渦旋光束實現(xiàn)對粒子的操控，并且通過實驗驗證了其理論的可行性。對于傳播方向相反的兩束渦旋光束，其拓撲荷為L1=-L2，當(dāng)這樣的兩束光發(fā)生干涉時，由于它們的軌道角動量前后一致的重合、相互平衡，用這樣的兩束渦旋光束可以穩(wěn)定的沒有旋轉(zhuǎn)的捕獲粒子

2、。這樣的設(shè)置是通過渦旋光束反射，旋轉(zhuǎn)方向仍未改變，實際上是反轉(zhuǎn)拓撲荷，這樣的渦旋光束具有雙倍的光學(xué)軌道角動量，從而提高了粒子的捕獲效率。
　　本文主要研究粒子在雙渦旋光束下的受力情況，根據(jù)拉蓋爾-高斯光束光場的表達式推導(dǎo)出粒子的受力表達式。分別從徑向和橫向兩個方向分析了粒子的受力情況，估算了粒子在雙渦旋光束中所受的徑向力隨粒子半徑與光腰半徑的比值、衍射距離的變化關(guān)系，以及粒子所受橫向力與渦旋光束環(huán)半徑的關(guān)系，根據(jù)模擬圖像，估算了捕

3、獲粒子的最大徑向力和橫向力。結(jié)果表明:在粒子半徑小于渦旋光束的光腰半徑的情況下，徑向力隨粒子半徑與光腰半徑的比值的增大而增大；在粒子半徑小于渦旋光束的光腰半徑的條件下，徑向力隨著衍射距離的變化，出現(xiàn)了峰值和最小值。通過對粒子橫向受力的分析，發(fā)現(xiàn)半徑比較小的粒子總是被束縛在光軸附近，隨粒子半徑的增大誘捕區(qū)域也在擴大。
　　全文共分為四部分:
　　第一章介紹了光渦旋技術(shù)的發(fā)展歷史及其重要應(yīng)用。并說明了本論文所要研究的主要問及研究

4、結(jié)果。
　　第二章介紹了光束渦旋的軌道角動量及其傳遞。論述了光學(xué)渦旋的基本理論。從數(shù)學(xué)上明確光學(xué)渦旋的定義和描述，然后介紹了測量光學(xué)渦旋軌道角動量的實驗；對光學(xué)渦旋軌道和自旋角動量在不同環(huán)境下向物體的傳遞作了系統(tǒng)介紹，并分析了光學(xué)渦旋的力學(xué)效應(yīng)。
　　第三章介紹了粒子在渦旋光束中的受力分析。介紹了粒子在高階貝塞爾光束中的受力分析，根據(jù)該光場的表達式推導(dǎo)出粒子的受力表達式。討論了光波長、粒子半徑、束腰半徑與軸向力的關(guān)系，并且對