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新型单光纤光镊捕获特性研究

吴忠福  
【摘要】: 光纤光镊以其结构简单、价格便宜、捕获范围大、可满足多种微操纵实验研究的需求等优点,比传统光镊更利于推广与工程应用,且受到人们的广泛重视。因此本课题对两种单光纤光镊系统进行了研究:新型单芯光纤光镊系统——实现多微粒同时捕获;新型双芯单光纤光镊系统——实现微粒的旋转。 对于新型单芯光纤光镊系统,首先构造出了特殊的锥形光纤探针结构,然后结合电磁场动量守恒定律与时域有限差分算法(Finite Difference TimeDomain,FDTD)分析了光纤出射光场和特殊形状粒子的受力情况,分别讨论了不同光纤结构、微粒大小以及折射率条件下,这种新型单光纤光镊的捕获效应。实验中,利用该单光纤光镊实现了酵母细胞的三维捕获与移动,并且利用两路单光纤光镊实现了酵母细胞在两个光势阱间的转移与交接。该技术有利于多个粒子同时转移、微制造领域、激光细胞融合等。 对于新型双芯单光纤光镊系统,同样地,首先设计出了特殊的双芯光纤探针结构,然后采用光束传播法(Beam Propagation Method,BMP)分析了其捕获原理以及光致旋转机制。实验中,利用该单光纤光镊成功实现了酵母细胞的三维捕获和转动。该技术在光镊对微粒三维操作的基础上又增加了一维角向的操作,这对光镊的进一步发展及应用有重要意义。


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