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粒子在高斯光束中所受势阱力分析

王于刚  
【摘要】: 光镊利用激光微束的动力学效应产生的力去操纵和捕获从几十纳米到几十微米微粒,它可以将微粒捕获在激光微束的焦点附近。由于光镊可以实现对生物活体细胞的亚接触和无损伤的捕获和操纵,所以光镊在研究生物学、物理化学和医学等方面已成为一个重要工具。 到目前为止,研究微粒所受势阱力的理论模型主要有两种:几何光学模型(RO)和电磁模型(EM)。本文基于几何光学模型和电磁模型,分别对几何尺寸远大于激光波长的米氏球形微粒和几何尺寸远小于激光波长的瑞利粒子所受的光阱力进行了定量计算,分析了它们所受的势阱力与折射率、微粒半径、光束束腰半径、激光光束波长、激光功率、吸收系数等参数的关系;为实验中各种参数的选择提供了依据。 全文共分六章。第一章介绍了光镊技术的背景,光镊技术的产生与发展以及国内外研究现状及应用。第二章介绍了激光捕获技术的基本原理,包括光辐射压力、光学散射力和梯度力及光学势阱。第三章主要介绍了激光的性质、基模高斯光束和高阶高斯光束的一些特性。第四章对米氏粒子和瑞利粒子所受的激光光阱力进行了数值计算,根据计算结果分析了微粒所受光阱力与主要仪器参数的关系,并简要介绍了计算光阱力的T—矩阵方法。第五章简要介绍了单光束光阱系统的结构及对各主要组成部分的选择问题。第六章对全文进行了总结和展望。


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