收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚焦奇点光束对瑞利微粒辐射力的研究

张行行  
【摘要】:基于光辐射力的光镊技术是利用光与物质相互作用产生的光势阱效应,在微纳尺度上操纵微粒和进行微小力学测量的一门技术。目前,光镊技术具有纳米级位移和飞牛量级的测量精度,广泛应用于生命科学、胶体科学以及纳米材料科学等领域。随着技术创新和科学进步,传统高斯光束光镊已经不能满足研究者的需求,理论和实验证明特殊光场光镊不仅可以实现特殊情况下的微粒操控,并具有传统高斯光束光镊不具备的优异性能。奇点光束含有特殊的光场分布,拥有许多独特性质。因此,研究聚焦奇点光束对微粒的辐射力具有重要意义。本文选取高斯谢尔模型(Gaussian Schell-model,GSM)涡旋光束、部分相干圆刃型位错光束、部分相干修正贝塞尔高斯(Modified Bessel-Gaussian,MBG)光束和矩形列阵涡旋光束为研究对象,分析了这四种奇点光束对折射率不同的两种瑞利微粒的辐射力及其俘获情况。主要工作包括以下四部分:基于广义惠更斯-菲涅耳原理和瑞利散射理论,推导出GSM涡旋光束经过一个聚焦光学系统后的光强解析表达式,研究了聚焦GSM涡旋光束对高折射率和低折射率两种瑞利微粒的辐射力,并分析了俘获稳定性。研究表明,聚焦GSM非涡旋光束在焦平面上只能俘获高折射率粒子,不能俘获低折射率粒子。聚焦GSM涡旋光束可以在焦平面上亮环处俘获高折射率粒子,同时可以将低折射率粒子俘获到z轴。此外,拓扑荷和空间相关长度值越大,聚焦GSM涡旋光束俘获两种粒子越容易。推导出部分相干圆刃型位错光束经过ABCD聚焦光学系统后的光强解析表达式,用以研究聚焦部分相干圆刃型位错光束对折射率不同的两种瑞利微粒的俘获情况,具体讨论了圆刃型位错的数目、空间相关长度、相对折射率和粒子半径对辐射力的影响。研究发现,聚焦部分相干圆刃型位错光束在焦点和亮环处可以捕获高折射率粒子,同时在暗环处可以俘获低折射率粒子。圆刃型位错的数目越多、空间相关长度越大,在焦点处俘获高折射率粒子和在暗环处俘获低折射率粒子越容易。此外确定了稳定俘获情况下两种类型瑞利微粒的半径范围。研究了聚焦部分相干MBG光束对两种瑞利电介质球的辐射力,具体分析了拓扑荷和光谱相干度对辐射力的影响。数值研究结果表明,聚焦部分相干MBG光束的拓扑荷m等于零时,可以在焦点处俘获高折射率粒子,但不能捕获低折射率粒子。聚焦部分相干MBG光束的拓扑荷m不为零时,不仅在焦平面上的亮环处能捕获高折射率微粒,同时可以将低折射率粒子俘获到z轴;随着拓扑荷值的增大,梯度力减小,对微粒的横向俘获范围增大。此外,光谱相干度的值越大,聚焦部分相干MBG光束(m≠0)俘获两种类型粒子越容易。基于相干叠加和非相干叠加模式,推导出聚焦矩形列阵高斯谢尔模型(rectangular array Gaussian Schell-model,RAGSM)涡旋光束光强的解析表达式,研究了矩形列阵多光阱系统对多个低折射率粒子的俘获,分析了叠加方式对俘获稳定性和轴向捕获范围的影响。研究表明,聚焦RAGSM涡旋光束在输出面上可以呈矩形阵列分布的俘获多个低折射率粒子,其中中心的子光束可以二维(x-y平面)捕获周围区域的粒子,其它子光束可以三维捕获相应区域的微粒。且非相干叠加RAGSM涡旋光束对微粒的轴向俘获范围要比相干叠加模式的大。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 李安英,杨亚培;光波导光束传输法数值分析新进展[J];激光技术;2000年04期
2 张逸新;光束大气传输源象抖动双频相关函数的研究[J];红外研究(A辑);1988年02期
3 晓晨;;采用导光装置的YAG激光焊接[J];激光与光电子学进展;1989年09期
4 邓锡铭,郭弘,曹清;傍轴黎曼几何光学Ⅲ.光束传输的统计行为[J];中国激光;1996年04期
5 雷大军;董辉;;一种新的三维有限差分光束传输法[J];半导体光电;2012年04期
6 薛竣文;苏秉华;裴雪丹;赵慧元;孙鲁;;激光谐振腔和光束传输的分析与设计[J];激光与光电子学进展;2011年08期
7 ;光纤光束传输系统[J];应用光学;1994年05期
8 杨建义;冯浩;王明华;;有限差分光束传输法的分析[J];计算物理;1996年01期
9 陈惠龙,曹清,范滇元;傍轴光束传输的统计行为[J];中国激光;1998年12期
10 郭弘,刘承宜,胡巍,张树葵,G.Fibich,邓锡铭;多阶强度非线性条件下的光束传输研究[J];中国科学(A辑);1999年03期
11 李斌;刘占军;郝亮;胡晓燕;郑春阳;项江;;谱色散匀滑化光束空间大尺度传输过程的模拟实现[J];中国激光;2017年12期
12 王世军;马慧莲;金仲和;;基于有限差分的大角度交叉波导光束传输法[J];中国激光;2008年02期
13 鱼胜利,陈凡,连克难;一种光束传输管道的结构设计[J];机械;2002年S1期
14 程祖海,岳超瑜,李再光;气动激光窗口的光束传输特性[J];中国激光;1987年03期
15 陈培锋,丘军林;由M~2参数定义的光束传输变换理论[J];激光技术;1996年01期
16 邓锡铭,林伟平,方洪烈;傍轴光束传输的动力学分析[J];光学学报;1981年05期
17 傅世年;;光束传输的相空间模型[J];中国原子能科学研究院年报;1987年00期
18 郭弘,邓锡铭;稳态光束传输的动力学分析[J];物理学报;1995年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周田华;朱小磊;陈卫标;;基于CCD的水下激光光束传输特性测量[A];2017年光学技术研讨会暨交叉学科论坛论文集[C];2017年
2 廖天河;刘伟;高穹;;多光束传输对大气湍流与热晕综合效应的改善[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
3 冯博;甘雪涛;赵建林;;阶梯相位型涡旋光束传输特性研究[A];2010年西部光子学学术会议摘要集[C];2010年
4 赵昕;;强非局域非线性介质中光束传输的高阶模呼吸子解[A];2007年中国青年光学学术研讨会论文摘要集[C];2007年
5 赵昕;郭旗;;强非局域非线性介质中光束传输的厄米高斯呼吸子解[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 赵丹;卢芳;韩香娥;;数值模拟阵列光束在湍流大气中的漂移和闪烁特性[A];国防光电子论坛空间光信息与组网技术及应用研讨会论文集[C];2015年
7 李树民;柳建;金钢;朱国林;;激光传输通道气体压缩效应对光传输影响的数值模拟研究[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
8 赵昕;李秀珍;王晓艳;薛美;;强非局域非线性介质中光束传输的高阶模呼吸子解[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年
9 周国泉;;高阶洛伦兹-高斯光束的构建及其传输特性研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 季小玲;吕百达;;像散透镜对高斯光束的变换特性[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张进;涡旋光束的光子轨道霍尔效应研究[D];湖南大学;2014年
2 谭欣然;基于光束偏转跟踪的长工作距大量程自准直微角测量方法[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 张亚琳;新型光束在湍流大气中的传输特性研究[D];华中科技大学;2017年
4 陈卫军;光折变表面波及艾里光束的非线性调制研究[D];天津工业大学;2018年
5 杨国庆;空间功率合束中改进的光束指向优化算法研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
6 刘静伦;系列轴对称结构CO_2激光器输出光束分析及整形[D];四川大学;2007年
7 徐延冰;超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究[D];四川大学;2007年
8 高曾辉;非傍轴光束传输特性、相干和非相干合成研究[D];四川大学;2007年
9 张海飞;自由空间中激光传输的光谱反常现象和纵向场效应研究[D];北京大学;2008年
10 胡勇华;强光束非线性传输的空间特性及其控制研究[D];湖南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑天然;高功率激光驱动装置集束聚焦中的光束匀滑技术研究[D];中国工程物理研究院;2018年
2 张行行;聚焦奇点光束对瑞利微粒辐射力的研究[D];太原科技大学;2018年
3 丁丽明;OAM光束在空间湍流中的传播特性研究[D];中南民族大学;2016年
4 吴义芳;高功率有限能量Airy光束产生与线性传输研究[D];湖南大学;2014年
5 常宁;基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性[D];哈尔滨理工大学;2018年
6 汪芳;厄密高斯关联光束的时空特性研究[D];苏州大学;2018年
7 刘慎哲;涡旋光束的产生及其传输特性的研究[D];山东大学;2018年
8 韩坤;复合型可调类艾里光束的特性研究[D];西北大学;2018年
9 赖世权;非均匀扩散的环状孤子以及Airy光束在耗散系统中传输的研究[D];广东技术师范学院;2018年
10 朱竞祎;涡旋光束在大气湍流中传播的仿真实验研究[D];南京理工大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 曲双平;神奇的光束传输技术[N];电脑报;2003年
2 记者 陈颐;英特尔推出可实现光束传输的芯片[N];经济日报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978