光镊系统的衍射图样及其应用于微粒操控的研究

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随着光镊技术的广泛应用和发展,对光镊所能操控的微粒个数和种类提出了新要求。一方面,传统光镊可以容易的实现对单个或少数透明胶体微粒的操纵,但需要一种更为有效和简便的方法来实现对多个胶体微粒的同时捕获和操控。另一方面,吸热颗粒(absorbing particles,AP)对激光有较强的吸收能力,在焦点附近会产生较大的散射力和热效应,导致吸热颗粒很难被稳定捕获,因此需要寻找有效的方法实现光镊对吸热颗粒的操纵。一般光镊是利用聚焦光束的主光斑对微粒施加微小力实现微粒的操控,在低功率下光束的高阶衍射条纹产生的光学力很微弱常被忽略。但随着功率的增大,这光学力并不能被忽略。在本文中,利用光镊系统的高阶衍射光斑产生的光阱力,实现了对多个透明微粒的同时捕获,并在光阱中心附近实现了吸热颗粒的三维振荡。第一,本文利用光镊系统的衍射光斑实现了对多个微粒的同时捕获和排列。另外还研究了捕获光源、微粒的浓度和尺寸等因素对被捕获微粒图样的影响。第二,光镊能同时捕获多个微粒,应用于微小尺寸样品池时容易引起样品池堵塞。本文提出采用全反射界面作为样品池衬底的有效方法消除微粒的聚集。第三,当光镊应用于吸热颗粒时,颗粒通常被推离并不再返回光阱中心。在本论文中,微粒在衍射条纹光力的作用下被重新推向光阱中心,并在其附近进行三维振荡。另外,通过调节样品池厚度调节热对流力,能够在聚焦光斑边缘实现对吸热颗粒的稳定捕获。
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