涡旋光场中粒子的轴向力特性研究

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光镊在生物学和医学领域得到了广泛的应用,利用光镊可以操纵几十纳米到几十微米的粒子,随着光镊技术的不断发展逐渐成为生命技术及微操纵研究领域的有力工具,但传统的光镊有很大的局限性。例如,只能捕获高折射率粒子,不能捕获低折射率粒子,在光束聚焦区粒子由于热吸收而受到损坏。而光学涡旋能够克服以上的困难,不仅可以在高聚焦区捕获粒子,还可以捕获低折射率粒子。  本文主要研究粒子在高阶贝赛尔光束下的受力情况,根据该光场的表达式推导出粒子的受力表达式。并讨论了光波长、粒子半径、束腰半径、折射率与轴向力的关系并且根据模拟图像讨论了粒子被稳定束缚的条件。结果表明:光束波长越小,轴向力越大,捕获粒子的稳定性越好;粒子本身的折射率越大,势阱越深,越容易捕获粒子;束腰半径对轴向力影响较大,束腰半径越大,轴向力迅速变大;光束波长,粒子折射率,粒子半径,光束束腰半径对轴向力有较大影响,因此选择合适的实验参数对稳定捕获粒子有重要意义。通过高阶贝赛尔光束与零级贝赛尔光束下的受力比较进一步说明涡旋光场能够更加稳定的束缚粒子。  全文共分为五部分:第一章介绍了光镊技术研究的历史、背景和国内外研究现状。第二章介绍了基本原理概述。第三章粒子在高斯光束中的受力分析。第四章是粒子在涡旋光场光束中的受力分析。第五章是光学涡旋的角动量及光学涡旋的研究进展。
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