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光学捕获技术(也称光镊技术)因其可以对微粒进行高精度、无破坏的捕获、操控以及观察而被广泛研究。从生物化学、医药科学到物理研究等诸多领域,光镊技术都发挥了重要作用。多焦点光场调控因其高效、多位置和可并行等优点一直受到众多研究者的重视,并在多个领域得到了应用。因为多焦点光场应用在光学捕获上可实现多微粒同时捕获,微粒独立可控的优点。所以,近年来,利用多焦点光场去进行光学捕获的研究成为一个趋势。实现高稳定性和高精确性的多焦点光学捕获,关键点在于多焦点光场的调控设计。因此为了得到焦点能量分布均匀、焦点位置准确、衍射效率高、焦点可控的阵列光斑以实现多焦点光学捕获,本文对多焦点阵列光场的产生进行了多方面的研究。具体内容如下:1.基于Richards–Wolf矢量衍射理论提出了一种在紧聚焦系统中,利用环形分区相位(annular subzone phases,ASPs)的非迭代方法产生三维可控动态多焦点阵列的方法,此方法的优势体现在使用了非迭代的算法得到了高准确度、高均匀性、位置可调以及可加载涡旋光束的三维多焦点阵列,简化了运算过程,提高了效率。并且,此方法的可行性在计算模拟和实验上都得到了很好的验证。2.基于基尔霍夫衍射理论研究了一种利用振幅型周期物体的新型泰伯效应产生多焦点周期阵列的方法,即在球面波入射到周期性物体上的条件下,在透镜的焦平面可得到周期、大小可任意放大缩小的自成像。通过理论和实验结果表明了在透镜的焦平面处即使不满足成像公式,周期阵列物体的自成像效应也可以实现,从而得到周期阵列光场。这种方法最大的特点是在透镜焦平面得到的周期性物体的自成像大小可由球面波光源和光栅的距离调控。这种方法的研究对阵列多焦点光场的产生的研究提供了一种新思路。3.基于Lohmann迂回相位编码法将传统多元相位泰伯阵列照明器(Talbot array illuminator,TAI)转换为二元相位泰伯阵列照明器的方法,利用此方法设计出的二元相位TAI可以用来产生大面积的、具有高压缩比的多焦点阵列。我们的理论推导和实验结果都证明了迂回相位编码方法在二元相位TAI的设计上的高效性,此方法设计的照明器所具有的高压缩比优势尤其显著。4.基于Richards–Wolf矢量衍射理论提出了一种在紧聚焦系统中产生形状可控、轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)可控的完美光学涡旋(perfect optical vortex,POV)的新方法,并实现了动态光学捕获。