光镊中粒子辐射捕获力的实验研究与理论分析

论文摘要

本文介绍了光镊技术的原理及其应用,分析了高斯光束作用于小粒子的理论研究方案。研究了单光束光镊系统的搭建方法,完成了实验系统的设计、系统参数的设定,仪器选择等一系列工作,成功搭建成一套简单有效的实验室光镊系统,对聚焦激光束作用于小粒子的情况进行了分析,完成了对聚苯乙烯小球的实验捕获。在理论方面,结合广义米理论,通过数值模拟,研究了不同捕获条件下,单层和多层球形粒子受到的捕获力情况。结合实验,分析了改变激光功率、波长对捕获产成的影响,分析了光镊系统在横向和径向的捕获力分布情况,以及球形捕获对象在不同折射率分布,不同吸收特性分布的条件下的,其捕获情况的变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究动态
• 1.2.1 国外的理论研究
• 1.2.2 国内的光镊理论及其应用研究
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 光镊的基本原理
• 2.1 激光的光压
• 2.2 高斯光束的基本性质
• 2.3 梯度力和散射力
• 2.4 光阱捕获粒子的条件
• 2.5 本章小结
• 第三章 激光作用于粒子的理论研究
• 3.1 光镊中捕获力的射线光学模型
• 3.2 光镊中捕获力的瑞利模型
• 3.3 光镊中捕获力的其它模型
• 3.4 高斯波束对球形粒子捕获的米理论方法
• 3.4.1 光镊中粒子对捕获光的散射
• 3.4.2 波束因子的计算
• 3.4.3 辐射捕获力的表达式
• 3.5 本章小结
• 第四章 光镊捕获粒子的系统设计及实验研究
• 4.1 单光镊捕获系统具体光路的设计
• 4.1.1 单光镊系统的一般结构
• 4.1.2 实验室单光镊捕获系统的构造及搭建
• 4.2 激光器的选取
• 4.2.1 激光器的选取条件
• 4.2.2 本系统中激光器的选取
• 4.3 聚焦透镜的选择及聚焦光路的设定
• 4.3.1 透镜对高斯光束的聚焦
• 4.3.2 物镜最佳聚焦的设计
• 4.4 捕获样本
• 4.4.1 光镊捕获的热损耗
• 4.4.2 捕获样本的选择与处理
• 4.5 CCD 图像采集系统
• 4.6 单光镊捕获球形粒子的实验研究
• 4.7 实验中的问题及解决分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 光镊捕获粒子的理论仿真
• 5.1 实验中使用的聚苯乙烯小球的捕获仿真
• 5.1.1 轴向捕获
• 5.1.2 横向捕获
• 5.2 双层球形细胞模型的捕获仿真
• 5.3 本章小结
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果