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摘要：光镊是利用激光束高度聚焦产生的动力学效应来捕获操纵微粒的一种技术。由于光镊具有对微粒的非接触作用、高精度操纵的特点,以其问世以来得到了迅速的进展和广泛的运用,已经作为一种重要的探讨工具被成功运用于生物、物理、医学等各个领域。常见光镊系统利用的是聚焦与观察共用一个物镜的显微镜系统,在需要对光阱作用下的微粒系统进行独立的观测、浅析和制约时,这种共用物镜的光镊系统会带来很大限制,例如无法观测焦平面外的粒子的运动情况。本论文的工作目标是建立观测系统和光操纵系统分离的光镊装置,通过对常规光镊系统的浅析和比较,自主搭建聚焦物镜与观察物镜相互独立的光镊实验系统,达成在光镊系统中观测平面沿纵深方向扫描、捕捉光束在焦场空间纵向可调的目的。本论文首先介绍了光镊的基本原理,回顾了光镊的探讨背景和进展动向。针对粒子大小不同,分别介绍了米氏粒子与瑞利粒子的受力浅析与计算,浅析了形成稳定的三维光阱的条件。在已有工作基础上,确定了光学系统建设的实验案例。搭建了观测光路和光操纵光路相互独立的光镊系统,对该系统的各组成器件参数和工作性能进行了探讨,浅析比较了分离系统和共焦系统的优缺点。对建立的光镊系统进行了实验测试,实现了光镊对粒子的光学捕捉。在自建的光镊系统中分别利用紧聚焦的高斯光束和涡旋光束完成了微粒的捕获实验,为观测和操纵相分离的光镊系统的进一步改善和运用打下了基础。关键词：光镊论文光学微操纵论文焦场分布论文光阱论文微粒论文
摘要5-6
Abstract6-8
第一章 绪论8-11
1.1 光镊技术的进展8-10
1.2 本论文的探讨目的和作用10-11
第二章 光镊的原理11-21
2.1 光镊的原理及形成光阱的条件11-16
2.1.1 光镊的基本原理11-12
2.1.2 光辐射压力12-13
2.1.3 光强梯度力13-14
2.1.4 光学势阱14-16
2.2 光阱力的论述计算16-20
2.2.1 米氏(Mie)粒子所受光阱力的浅析16-18
2.2.2 瑞利粒子所受光阱力的浅析18-20
2.3 本章小结20-21
第三章 聚焦光路和成像光路相分离的光镊系统的设计与建立21-32
3.1 观测光路和光操纵光路相互独立的光镊系统构成21-22
3.2 光镊系统仪器选择浅析22-29
3.3 观测光路和光操纵光路相互独立的光镊系统比较共聚焦系统29-31
3.4 小结31-32
第四章 聚焦光路和成像光路相分离的光镊系统的实验及浅析32-45
4.1 高斯光束的紧聚焦光场对微粒的光学捕获实验32-35
4.1.1 高斯光束的焦场分布32-33
4.1.2 聚焦的高斯光束对粒子的捕获实验33-35
4.2 聚焦的涡旋光束对微粒的光学捕获35-44
4.2.1 螺旋相位板原理运用及运用介绍35-38
4.2.2 带螺旋相位的涡旋光束的光镊实验38-44
4.2.2.1 拓扑荷为1的涡旋光束对粒子的捕获38-39
4.2.2.2 拓扑荷为8的涡旋光束对粒子的捕获39-44
4.3 小结44-45
第五章 总结45-46