基于矢量光束聚焦激发的表面等离子体光镊研究

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光镊是操纵微纳世界的重要技术手段,广泛用于生物及医学、化学、物理等领域,表面等离子体光镊是最近几年发展起来的新型光镊,不同于传统的普通光镊,它能解决目前光镊技术研究中存在的近场光镊倏逝场偏弱、金属颗粒难以捕获等问题。全光调控表面等离子体(SP)具有高效率激发、动态调控、自重构等优点,同时相比结构调控SP不需要制作复杂的微纳米结构。作为一个研究热点,矢量光束的偏振、位相等性质为全光调控提供了基础,本文基于两种特殊的矢量光束-径向偏振(RP)光和涡旋光束(OV)开展了动态全光控表面等离子体(SP)新型光镊基础研究。   全文首先介绍了光镊及其发展历史以及研究现状,引出表面等离子体光镊并介绍了表面等离子体的概况,提出聚焦激发SP的全光调控模型。然后分为如下两个主要方面介绍:   (1)用径向偏振光聚焦激发产生SP虚拟探针,产生超强梯度力,利用麦克斯韦张量矩阵研究了金属颗粒在聚焦激发SP力场中的受力,并从实验上对大金属颗粒实现了捕获。   (2)用径向偏振的涡旋光聚焦激发产生表面等离子体涡旋(PV),具有高效率,能够动态实现对SP场螺旋位相的调控,并用近场的轨道角动量(OAM)光镊实验验证了PV OAM的存在,同时实现了近场颗粒的旋转操控。   最后对本文的工作进行了总结:从现象上用矢量光束聚焦的方法激发SP,并实现了对大尺寸金属颗粒的捕获、操纵、旋转操控;从方法上高效率产生PV,验证了对金属颗粒的动态操控;在理论上用FDTD计算了金属颗粒在近场条件下的场分布,并结合麦克斯韦张量矩阵的方法解析计算出了金属颗粒的受力,填补了这一部分的理论空白。   此项研究不仅对光镊技术本身的新发展具有重要价值,而且对表面拉曼信号探测、临床医学检测与诊断等诸多应用领域具有重要意义。
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