基于矩阵光学的光镊设计

光镊已经成为研究单分子生物物理特性的一个基本工具, 因而光镊设计是一个极为重要的课题。光镊捕获光路一般由激光器、扩束系统、光束调控系统、共焦系统、光束耦合系统和大数值孔径的物镜组成, 通过保持物镜后瞳充满度来实现光镊稳定性。本文根据几何光学, 利用矩阵光学进行光镊捕获光路计算, 得到了各个透镜间距、透镜和光束调控系统距离、物镜后瞳处光斑大小与光束调控系统处光斑大小的关系、光束调控系统处光斑大小和入射激光光斑大小的关系。本文计算结果表明光镊横向位置和物镜高度无关, 并指出了物镜后瞳位于成像透镜后焦面、光束调控系统位于共焦系统后透镜像方焦面处, 才能在光镊阱位纵向操控时保持物镜后瞳充满度不变。本文工作为光镊设计和调整提供了非常简洁而有效的理论指导。     

激光微束细胞操作系统

提出构建一种用于生物细胞操作的激光微束系统.即由Nd:YAG激光经物镜聚焦形成的光刀和He-Ne激光器经物镜聚焦形成的光镊组成的激光微束系统,进行了总体设计、关键部件设计和选择.在构建的激光微束操作实验系统上实现了非接触细胞操作,验证了光镊的力学效应.采用Nd:YAG经显微物镜会聚形成光刀可以对细胞或细胞器进行打孔或切割染色体.     

光阱刚度与实验条件的依赖关系

对微小力的测量是光镊系统的重要功能。主要研究了进行微小力测量时所需的重要参数——光阱刚度与实验条件的依赖关系。在以He-Ne激光器为光源的光镊系统中，得到了光阱刚度随着阱位距离样品池底面高度的提升而减小，随着被捕获小球直径的增加而减小，以及光阱刚度与激光功率具有线性的依赖关系等经验规律，并作了定性的讨论。最后给出了该系统所能达到的测力精度和测力范围。     

飞秒激光加工光波导的工艺与传输特性研究

利用飞秒激光横向直写方式加工光波导,采用散射光测量法分析了光波导的传输损耗。为了提高光波导的传输性能,分析了不同数值孔径的聚焦物镜、加工速度和加工能量对光波导传输损耗的影响。实验结果表明,聚焦物镜数值孔径为0.25,激光功率为6 m W,加工速度在45~60μm/s时,飞秒激光加工的光波导具有较好的传输性能,其传输损耗低于-0.2 d B/cm。     

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。     

干涉式多光镊系统研究

为了定量测量光阱力,采用共面但不同轴的两束激光束产生干涉光场进而构成干涉式光镊系统的方法,分析了两束同向传输激光束以一定角度相干涉从而产生干涉条纹,即2维多光镊的原理,并给出了3维光镊的实验系统。采用分析作用在聚苯乙烯小球上的力的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了光阱力分布的数据。结果表明,干涉式光镊可以提供皮牛级横向光阱力,能够实现光捕获,当只考虑光束的束腰半径和光功率两个因素时,实验数据与理论分析吻合得很好。这一结果对光镊技术在生物学、生物医学以及纳米技术等领域的应用是有帮助的。     

多模光镊的实验研究

简述了激光光镊的原理，研究了单模、多模光镊的特点，给出了一个用多模激光作为光源的光镊的设计思想和实际装置，并用此光镊对生物细胞进行了捕获实验。该装置价廉、衫，很容易在一般实验室实现。     

光镊技术的研究现况

光镊技术是激光技术的重大发明,能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应,已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展,也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁,彰显出了它独特而不可替代的作用。综述回顾了30年来光镊理论和技术的发展,系统梳理了光镊在细胞生物学、单分子生物学、软物质胶体科学以及物理纳米科学等领域的应用,并列举典型的应用实例,探讨了光镊技术应用的特点,展望了光镊技术应用蓬勃发展的美好未来。     

利用飞秒激光光镊捕获生物细胞

采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞（RBC）的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810nm、脉冲宽度40fs和重复频率为100MHz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续（CW）激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。     

红外半导体激光光镊的实验研究

激光光镊技术是一项在许多科学领域有广阔应用前景的技术。本文详细给出构建一台红外半导体激光光镊的设计思想及实例。由于采用了独特的对大功率多模红外激光选模整形和双透镜陷阱操纵技术等性能价格最优化选择 ,该系统易于构建 ,陷阱操作方便 ,其构建价格仅一般光镊的几十分之一 ,非常适合光镊技术的推广和一般实验室构建     

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。     

飞秒激光细胞显微操作系统的实验研究

飞秒激光作用于生物组织时几乎不伤及周围区域，因而具有投高的空间分辨率和时间分辨率。目前，光镊已成为捕获和操纵微米尺度微粒和生物细胞的有效手段。鉴于飞秒激光脉冲的独特优势以及光镊在生物学领域广泛的应用前景，我们曾提出建立飞秒激光细胞显微手术系统，并对以飞秒激光脉冲作为光源的光学势阱的稳定性进行了详细的理论分析。     

激光光镊中有关参数对球形微粒所受光压的影响

本文通过引入介质小球吸收激光能量占入射能量的百分比ＡＢ这一参数；以及以ＴＥＭ００模激光束传播特性的透彻分析，进一步完善了激光光镊中光压力的理论计算公式。并且计逄和分析了激光波长λ、小球折射率ｎ和小球吸收参数ＡＢ等各种参数对于球形微粒在激光光镊中所受激光光压力的影响。     

激光光镊技术在单细胞、单分子科学中的应用研究

首先阐明了单细胞、单分子分析与研究的学科价值和社会意义：强调了激光光镊技术的出现对促进单分子、单细胞科学的发展的实际贡献;介绍了光镊的物理原理和工作特点;着重总结了激光光镊技术在单分子、单细胞领域的具体应用情况,并结合详细的研究工作,对这一技术的开发完善和应用发展给出了一些评述和建议：阐述了光镊技术在单细胞、单分子研究中的潜在地位和巨大的发展前景。     

基于T矩阵模型的光纤芯片的制备及其细胞驱动

基于T矩阵模型,推导出单模光纤光镊对细胞的驱动力公式。以COMSOL Multiphysics5.3为仿真软件,首先模拟出单模光纤的磁场模和电场模分布,得出在纤芯处场强最大,激光聚焦于此,然后又模拟出同一功率和波长条件下的光纤光镊对不同直径微粒的驱动作用,模拟结果表明不同直径的微粒沿着光轴移动的距离不等。提出了用于细胞驱动的光纤芯片的制作方法,并在波长为980 nm、功率为300 mW激光条件下对聚苯乙烯微球和酵母菌细胞的混合液进行了驱动实验。该实验结果表明,在同种条件下,聚焦激光可以通过单模光纤驱动不同直径的细胞沿光轴方向移动,且移动距离不相等,为下一步细胞分选提供了理论和实验基础。     

基于MATLAB的光镊实验界面开发

本文基于MATLAB对光镊操纵米氏球状粒子的轴向光阱力和横向光阱力特性进行模拟,并通过设定连续变化的光束束腰半径、相对折射率、激光波长及功率等系统主要参数,对光阱力特性进行模拟分析,同时实现对横向光阱力进行程序化的定量计算.     

掺铒光纤光梳在锶晶格钟中的应用研究（英文）

为了测量87Sr原子光晶格钟的钟激光频率和控制红冷却激光及光晶格激光的绝对频率,实验建立了一套掺铒光纤光学频率梳系统,并将其锁定到了氢钟参考信号上。光梳的可见光测量部分对689、698及813 nm等特定波长功率进行了优化(在同一扩谱支路中不同时获得),其输出光谱功率大于120 m W,单点频率下的功率在2 nm宽度时大于200 m W。实验得到的外激光和光梳梳齿拍频信号信噪比大于30 d B(在分辨率带宽300 k Hz时观测),锁定后频率跟踪秒级稳定度优于60 m Hz。     

一种用于生物研究的光镊与激光微束系统

分析光镊与激光微束的性质和特点,研究两者相互配合、联合操作的技术及优势。在国内首次实现光镊与微束激光的耦合技术,这种全新的显微操作系统可对活体细胞进行全方位操作与微加工。     

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。     

激光微束光场辐射压力对微粒子的作用

本文分析了激光微束光场辐射压力对微粒子的作用。在所建立的激光微束系统的实验装置上用光镊捕获空电心介小球,实验验证了光镊的力学效应。实验表明该光镊能实现对微粒子的捕捉、旋转和翻转,能同时捕获多个粒子。从理论和实验上研究了激光微束作用于电介微粒的力学效应。