单光束光镊横向光阱力的计算与仿真分析

在非均匀光场中,本文基于几何光学原理,以射线光学计算模型为基础,对几何尺寸远大于光波长的米氏球状粒子所受激光微束横向（沿Y轴方向）光阱力进行了计算。并且在给定参数条件下,进行了数值仿真,根据仿真结果,讨论了光束束腰半径、相对折射率、激光波长及功率光镊系统中的主要参数与光阱品质特性的关系。     

光镊光阱力计算方法的研究

介绍了一种光镊光阱力的计算方法，并对微粒在已知参数条件下所受的光阱力进行了仿真，深入分析了光阱力和与之相关的光束束腰半径、相对折射率、激光功率等系统参数的关系，对不同参数条件下的光阱力进行了讨论，从而验证了系统参数对光阱力的重要影响，此外还对电磁学模型的光阱力计算进行了阐述。     

基于MATLAB的单光阱光镊中光阱力的分析

在几何光学近似下,对米氏球状粒子所受轴向光阱力进行了数值计算。仿真结果给出了轴向稳定捕获区域和光阱力与光镊系统主要参数的关系。分析表明,激光束束腰半径越小,势阱越深;相对折射率、激光波长、功率等参数对光阱力也有一定影响。数值仿真为实验中参数的选择提供了依据。     

光镊中轴向光阱力的研究

基于几何光学原理,对微粒直径远大于激光波长的米氏球状微粒所受的轴向力进行了计算,根据计算结果讨论了轴向力与激光光束波长、束腰半径、光束功率、微粒半径、折射率等参数的关系.     

光镊光阱力计算方法的研究

介绍了一种光镊光阱力的计算方法,并对微粒在已知参数条件下所受的光阱力进行了仿真,深入分析了光阱力和与之相关的光束束腰半径、相对折射率、激光功率等系统参数的关系,对不同参数条件下的光阱力进行了讨论,从而验证了系统参数对光阱力的重要影响,此外还对电磁学模型的光阱力计算进行了阐述。     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

光纤光阱力计算的近似条件及误差分析

光纤光镊技术利用光纤出射的光束捕获和操控粒子,其飞速发展对光阱力的理论研究提出了更高的要求。采用射线光学模型对光纤光阱中的米氏微球所受到的光阱力进行数值模拟,讨论了光阱力计算中可采用的近似条件及其应用范围,比较了在近似条件下与直接计算情况下结果的差异,分析了微球与光纤端面之间的距离对近似计算的影响。理论分析和模拟计算表明,当微球与光纤端面之间的距离大于临界值时,可对计算模型中光束在微球表面的入射角、入射点的方位角等角度参量作近似处理,该结论为简化光纤光阱力计算提供了理论依据。     

光镊对血红细胞横向光阱力的研究

在强聚焦激光光场中,以射线光学(ray-optics)计算模型为基础,对几何尺寸远大于光波长的米氏球状粒子所受激光微束横向(沿y轴方向)光阱力进行了计算。并且在给定参数条件下,进行了数值仿真,根据仿真结果,讨论了光束束腰半径、激光波长与光阱品质特性的关系。并对血红细胞进行了实验研究,得出了横向光阱力与微粒中心偏离光轴距离的关系曲线,实验结果和理论相一致。     

光镊对双层介质球作用力分析

通过模拟单光线在双层介质球各界面上的反射和折射,分析了单光线对介质球施加的作用力,进而计算了整个高斯型激光束对小球施加的作用力。计算双层球的内层折射率分别为1.0和1.9时的捕获力,分析小球内层的半径和折射率对光镊捕获力的影响。计算结果表明,不同内径和折射率对捕获力的影响显著。当内层折射率小于外层折射率时,光镊捕获的稳定性得到提高,但是捕获的空间范围被压缩;而当内层折射率大于外层折射率时,光镊的捕获性能降低。双层球捕获力的分析结论为该类小球用做光手柄提供了可靠的理论依据。     

拖曳法测量微粒光阱力和光阱刚度的实验研究

采用聚焦激光束拖曳扩散悬浮在液体中透明的电介质小球,对3种半径范围从0.5μm到22.0μm的微粒进行了最大横向光阱力的测量,得到了PN量级的光阱力。对于其中尺寸较大的聚甲基丙烯酸甲脂(PM-MA)小球,测量了不同拖曳速度下球心偏离光阱中心的位移Δx,计算了该条件下的光阱刚度。对光阱外缘区也进行了光阱力测量,并得出光阱力随Δx的变化关系以及光阱力的作用范围。对同一实验条件下不同半径酵母菌的最大光阱力及光阱刚度的比较测量发现,随着酵母菌半径变大,在液体中匀速运动的临界速度变小,受到的最大光阱力变大,但光阱刚度降低。     

激光光阱中微粒的光致旋转

光致旋转是实现微机械马达的有效手段，它是在光镊（或者称激光光阱）对微粒的三维操作基础上又增加了一维角向的操作，这对微操作是具有重要意义的。光镊的出现促进了光致旋转的发展，本文概述了近年来国际上利用光镊实现光致旋转的研究进展。根据所利用的自旋角动量和轨道角动量的动量类型，讨论了现有的多种光致旋转方法，并进行了比较，给出所用样品粒子的种类及特性、光束和实验装置的特点以及最终所获得的结果。     

激光微束场对微粒子辐射力的作用

本文分析了激光微束对微粒子的辐射力的作用，在建立的激光微束系统上，用光镊捕获了空心电介小球和酵母细胞，验证了光镊的光动力学效应，用光镊实现了微粒子的捕获、移动、翻转等一系列操作，甚至可以同时捕获许多微粒子，从理论和实践上验证了激光微束对微粒子的动力学作用。     

基于T矩阵的光压加速度计的光阱力研究

光压加速度计作为新型悬浮类加速度计,对惯性微球所受光阱力的理论研究提出了更高的要求。对单轴双光束光压加速度计的工作原理进行了分析,并采用T矩阵方法对光压加速度计中的惯性微球在任意一轴所受到的光阱力进行数值模拟,比较了在不同主要参数下的光阱力捕获效率的差异,最后对光压加速度计的灵敏度进行了优化分析,得出了10-7 g/μm加速度的测量灵敏度。理论分析和模拟计算表明,T矩阵的方法可以实现快速和较为精确的光阱力的仿真与计算;同时,基于单轴双光束的光压加速度计方案可以得到较高的测量精度。     

环形光对光阱有效捕获力的提高

定义了光阱的有效捕获力 ,然后在几何光学范围内计算了环形光束形成的光阱———空心光阱的有效捕获力 ,并把空心光阱与实心光阱产生的光阱有效捕获力作了比较。数值计算结果得到空心光阱的有效捕获力大大提高 ,光阱的稳定性也随之提高 ;而且空心光阱对捕获对象的热损伤效应相应减小。     

激光光镊对生物体的光操纵研究

根据光镊捕获电介微粒的理论研究结果 ,简析了光对生物体的力学作用 ,给出了用不同参量的激光陷阱操纵不同种类的微生物的实验结果 .分析比较表明 ,生物体的预培养是实现光操纵的重要环节 .