利用具有自旋角动量的光束实现微粒的旋转

从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程,讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理,通过MATLAB仿真分析,研究了粒子的旋转频率随激光功率的变化关系,得出粒子转动频率与激光功率成正比.利用光镊装置,采用波长为632.8 nm的He-Ne激光器,在不同的激光功率下实现对不同半径双折射粒子的旋转,测量了光致旋转的转动频率,最高转速可达5 r/s,并得出了不同粒子的旋转频率随激光功率的变化关系,实验结果和理论分析基本一致.分析了产生误差的原因,其中载波片底面的摩擦影响最大.     

光阱中的CaCO3晶体微粒的光致旋转

从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程，讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理，并在纳米光镊装置上利用线偏振He-Ne激光器(633nm，10mW)形成了光镊光阱，利用1／4波片来改变光镊光束的偏振状态，在不同的椭圆偏振状态下实现了直径约为几微米的CaCO晶体微粒的捕获和光致转动。同时利用CCD相机和四像限探测器(QD)测量了粒子光致旋转的转动频率，研究了粒子的旋转频率随激光功率的变化关系。结合实验结果从理论上详细讨论了粒子自身的性质，如厚度、半径和晶体粒子的光轴取向等因素对粒子光致旋转转动速度与激光功率关系的影响。     

入射光椭圆度对晶体微粒旋转角速度的影响

光致旋转技术在微机械和微生物等领域的应用越来越广泛。利用光束自旋角动量可以导致晶体微粒光致旋转的机理,从理论上分析了入射光椭圆度对晶体微粒旋转角速度的影响。通过MATLAB对不同激光功率下,光束的椭圆度与晶体微粒旋转角速度的关系进行数值模拟。结果表明:在实际对晶体微粒光致旋转操作中,晶体微粒能否旋转起来取决于光束椭圆度与微粒厚度之间的关系;在同一激光功率下,光束椭圆度与晶体微粒旋转角速度呈正旋曲线变化。因此,通过调节光束的椭圆度和较高的激光功率可以提高晶体微粒的旋转角速度。该结论对光驱动微机械马达的优化设计有一定的指导意义。     

晶体微粒光旋转频率受其厚度影响的实验分析

为优化双折射晶体微粒的旋转频率,基于光致旋转技术对晶体微粒在偏振光自旋角动量作用下的转动进行了理论分析,通过给定参数模拟了石英(SiO2)晶体微粒旋转频率与其厚度和激光有效功率的变化关系曲线.依此优化了光致旋转的实验装置,并在此装置上对不同厚度的石英晶体微粒的旋转频率进行了测量.结果表明,微粒的旋转频率与微粒厚度呈现周期性曲线变化关系,并且旋转频率与有效激光功率成正比,实验测得石英晶体微粒的最高旋转频率为9.2Hz,与理论模拟结果基本吻合.该结论为光驱动微机械马达实现技术的进一步深入研究提供了基础理论和技术保障.     

晶体微粒光致旋转的角速度受其厚度影响分析

从理论上分析了光束自旋角动量使晶体微粒光致旋转的原理。基于MATLAB模拟了不同激光功率下晶体微粒的厚度与其旋转角速度的变化关系,并给出了同一激光功率下不同厚度的晶体微粒获得最大旋转角速度时的理论数据。该结果对实验中如何有效地提高晶体微粒的旋转角速度有一定的指导意义。     

光驱动马达技术中晶体转子厚度的优化分析

为了提高碳酸钙晶体转子的转动频率,采用了激光微束驱动单轴双折射晶体使其产生旋转的方法,并改进了光致旋转的实验系统。对给定实验参量下的碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度和激光有效功率的变化关系进行了理论分析,通过实验测得了不同厚度碳酸钙晶体转子的转动频率值,并对影响转子转动频率的主要因素进行了详细讨论。结果表明,碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度呈现余弦变化关系,当入射有效激光功率为10mW时,测得其最大转动频率值为8.9Hz,实验结果与理论模拟基本吻合。该结论为微观范围内生物活细胞的颗粒分类、微纳机械转子的性能研究等提供了技术保障。     

双折射晶体微粒光致旋转受其半径影响分析

利用双折射晶体微粒在具有自旋角动量的光束作用下可产生围绕自身光轴旋转的特性,在光镊实验平台上实现了双折射晶体微粒的光致旋转。为了提高晶体微粒的旋转频率,从理论和实验上对双折射晶体微粒的旋转频率受其半径的影响进行了分析。用MATLAB模拟出CaCO3晶体微粒和SiO2晶体微粒的旋转频率与其半径的三次方成反比的关系曲线,并测得相应的实验关系曲线,其结果与理论分析相吻合。在相同的激光功率下,CaCO3晶体微粒的最高旋转频率可达15.1 Hz,SiO2晶体微粒的最高旋转频率可达11.4 Hz。该结论可用于光致旋转在实际应用中晶体微粒大小的选择和其旋转频率的优化控制。     

光致旋转中晶体微粒厚度对旋转频率的影响

从理论上讨论了双折射晶体微粒与圆偏振光束作用的基本过程,建立了由于光束自旋角动量向双折射晶体微粒的转移所引起的旋转现象的物理模型。为提高晶体微粒的旋转频率,从理论和实验两方面对CaCO3和SiO2晶体微粒的厚度与其旋转频率的关系进行了详细分析。基于MATLAB软件分别模拟出双折射晶体微粒的厚度与其旋转频率的正弦关系曲线,并通过实验测得相应的晶体旋转频率数据进行验证。结果表明,在有效激光功率为10 mW的条件下CaCO3和SiO2双折射晶体微粒的最大旋转频率分别为1.7 Hz和1.5 Hz。该结果可用于光致旋转在微机械设计中转子厚度的选择和其旋转频率的最优化控制。     

双光源双光阱法驱动微型粒子旋转的实验研究

在自行构建的双光源双光阱实验系统中,实现了双光阱法驱动微型粒子旋转的实验研究。其原理是利用双折射晶体微粒光致旋转产生的涡旋力带动一个被光镊捕获的普通微粒进行旋转。实验观测了CaCO3粒子的旋转通过液体传动使酵母菌细胞团旋转的实验现象,当两个光阱的激光功率一定时,两个光阱的距离必须选择合适,CaCO3粒子的旋转才会通过液体的传动带动酵母菌细胞团旋转。实验结果得到CaCO3粒子逆时针旋转频率为2.75Hz,带动酵母菌粒子团顺时针旋转频率为2.25Hz。     

偏振光作用于晶体微粒实现微机械转子旋转的优化研究

激光驱动微纳器件为微机械领域中驱动微齿轮提供了一种新型的驱动方式。偏振光束的自旋角动量向晶体微粒传递可使其旋转,基于晶体波动光学理论分析了影响其旋转频率的各种因素(如微粒的厚度和半径;晶体光轴与晶面的夹角;光束在晶面的反射率和透射率、光束振幅比和位相差、激光功率),并推导出晶体微粒的旋转角速度的解析公式。为验证理论结果,在光镊平台上实现了碳酸钙晶体微粒的定位操控和旋转。所得实验值整体比理论值小是由于实际作用在粒子上的的激光有效功率比实验测量值要偏小;结合理论模拟与实验结果对比分析得知:碳酸钙晶体微粒的旋转角速度与激光功率成正比、与晶体微粒半径的三次方成反比、与微粒厚度成周期性变化规律。依此为提高微机械转子的旋转频率进行优化设计:选择Ca CO3晶体微粒作为微机械转子较为合适,Ca CO3晶体微粒的半径和厚度均取为1~3μm。     

利用偏振光实现双折射微粒的光致旋转

利用偏振光与双折射性微粒相互作用时自旋角动量的传递 ,实现了光镊悬浮的CaCO3 晶体微粒的光致旋转 ,并利用四象限探测器 (QD)测量了微粒转动周期及其与偏振状态的关系 ,还分析讨论了微粒在光镊作用下的转动特性 ,给出一些定性结论。     

二维各向异性随机介质内光波模式的特性研究

通过建立能够描述各向异性介电常数变化情况的二维随机介质模型,利用时域有限差分法联立求解随机介质中光波所满足的Maxwell方程和激光速率方程,研究了各向异性散射增益材料中的随机激光辐射现象。结果表明随机介质中各向异性散射颗粒的无序程度由空间位置无序和空间方向无序共同决定,空间方向的无序能够加强随机激射的辐射。同时存在两种无序机制的随机介质,在相同条件下它的随机辐射行为要强于仅存在一种无序机制的随机介质。研究结果对于研制新型各向异性随机介质材料具有指导作用。     

流场测量中的APV光路系统的设计

APV（Adaptive Phase/Doppler Velocimeter）系统基于多普勒频移和多普勒相位差原理,可以自适应地进行微粒的材料识别、微粒的大小及速度测量。本文利用粒子散射理论对APV系统进行了合理地布局,讨论激光多普勒系统在流场测量中光路设计的方法,并通过模拟实验验证该方法的可行性。     

多粒子散射的偏振传输特性分析

针对多因素影响下偏振光在散射介质中的一般传输特性,系统分析了入射光波长、介质厚度、粒子参数和入射光偏振态等物理属性对偏振光子传输特性的影响。采用蒙特卡罗方法,追踪每个光子的偏振态变化,通过统计分析偏振度变化曲线得到光经过多次散射后的斯托克斯矢量和偏振信息,并对偏振光在散射介质中的传输规律进行分析。仿真实验表明相对于波长比较大的粒子对入射光的偏振态改变较小;线偏振光能较好地保持自身偏振态;圆偏振光能够在较短时间内重新恢复自身偏振状态,粒子半径越大恢复能力越强,并且在向前传输的过程中其旋转方向会发生改变。     

求解连续空间优化问题的量子粒子群算法

为提高粒子群算法的搜索能力和优化效率并避免早熟收敛,将量子进化算法融合到粒子群算法中,提出一种求解连续空间优化问题的量子粒子群优化算法.用量子位的概率幅对粒子位置编码,用量子旋转门实现粒子移动,完成粒子搜索;用量子非门实现变异,提高种群多样性.因每个量子位有两个概率幅,故每个粒子同时占据空间两个位置,在粒子数目相同时,能加速粒子的搜索进程.实验结果表明,本算法优于基本粒子群算法.     

沙尘天气的气溶胶特性研究

沙尘天气是一种特殊的天气现象,为了研究沙尘天气下气溶胶的特性,利用激光雷达和粒子计数器的实际测量结果,对浮尘、扬沙和沙尘暴三种天气下沙尘气溶胶谱分布特性进行了分析,并分析了风的扬沙作用。最后利用激光雷达测量结果对扬沙天气的形成发展和消退过程进行了分析。