基于TFT-LCD的全息光镊系统

论文摘要

光镊是一种光学微操纵技术,是从生物分子层次上研究生命过程的重要工具。在涉及微小粒子的各种研究和应用领域,诸如大气物理、材料科学和精密测量等方面,有着广阔的应用前景。它已经成为当前新方法和新仪器的研究热点之一。本论文以光镊系统的设计为目的,构建了一套基于TFT-LCD的全息光镊系统,并利用该系统进行了囚禁酵母细胞的实验研究。本文构建的基于TFT-LCD全息光镊系统,不仅能产生任意光强分布的光阱,还能实现对被捕获粒子的操纵,比在光镊系统中利用超声步进马达二维转镜或声光偏转器来控制光阱的位置更方便、快捷,同时也降低了成本,这给光镊技术的发展提供了新的手段。论文介绍了光镊的产生、发展、基本原理及其光阱力的计算理论;分析了液晶的光学特性与电光效应,以及TFT-LCD的结构与工作原理;并根据傅立叶计算全息图的制作原理,研究了TFT-LCD在计算全息中的应用,测量分析了入射光偏振方向对衍射光强的影响。在本文构建的系统中,当入射光偏振方向与竖直方向成95 0角,且TFT-LCD后没有放置偏振片时全息图的透过率最大。论文重点描述了基于TFT-LCD全息光镊系统的构建,详细说明了器件的选取原则。在该光镊系统中,作者根据螺旋波特殊的物理性质,制作TFT-LCD实时位错光栅生成中空光阱,该光阱能稳定地捕获酵母细胞;用基于TFT-LCD再现的计算全息,成功地生成了动态全息光阱,实现了对被捕获粒子的操纵。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光镊的产生与意义
• 1.2 光镊技术的发展状况
• 1.2.1 国外光镊技术的发展和研究状况
• 1.2.2 国内光镊技术的发展和研究状况
• 1.3 本论文研究的主要内容与安排
• 第二章 光镊原理与光阱力计算理论
• 2.1 光镊的原理
• 2.1.1 光辐射压力
• 2.1.2 梯度力
• 2.1.3 光学势阱
• 2.2 光阱力的理论计算
• 2.2.1 米氏（Mie）粒子所受光阱力的分析
• 2.2.2 瑞利（Rayleigh）粒子所受光阱力的分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 TFT-LCD 的结构与工作原理
• 3.1 光在液晶中的传播
• 3.2 液晶的电光效应
• 3.3 TFT-LCD 的结构与工作原理
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于TFT-LCD 再现的计算全息
• 4.1 傅立叶计算全息图的制作原理
• 4.1.1 图像的抽样
• 4.1.2 计算离散傅立叶变换
• 4.1.3 全息图的编码
• 4.2 傅立叶计算全息图的再现
• 4.2.1 光学再现
• 4.2.2 计算再现
• 4.3 基于TFT-LCD 全息再现
• 4.3.1 系统结构
• 4.3.2 二元图像傅立叶计算全息图的制作
• 4.3.3 二元图像全息图的再现
• 4.3.4 全息图的衍射效率分析
• 4.3.5 入射光偏振方向对全息再现光强的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于TFT－LCD 的全息光镊
• 5.1 TFT－LCD 全息光镊系统的构建
• 5.1.1 系统结构
• 5.1.2 器件的功能与选取原则
• 5.2 用TFT－LCD 位错光栅生成中空光阱
• 5.2.1 中空光束的生成
• 5.2.2 中空光阱囚禁酵母细胞
• 5.3 TFT－LCD 全息再现生成动态全息光阱
• 5.3.1 动态全息光阱的生成
• 5.3.2 动态全息光阱囚禁酵母细胞
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本论文完成的工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 详细摘要