瑞利介质球体的光镊研究

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激光光镊已经成为当代光学的一个重要分支。因其具有无接触、低损伤的特点,已被广泛的应用于微米、纳米量级微小物体的控制,特别是生物细胞的控制。本文的研究对象是瑞利介质球体。在第二章中,我们通过透镜聚焦拉盖尔-高斯光束,考虑拉盖尔-高斯光束的径向和角向模式参数对瑞利粒子捕获效率的影响。我们发现,当角向模式参数l为零时,可以通过增加径向模式参数p来提高瑞利粒子的横向捕获效率,而轴向捕获效率与高斯光束的捕获效率相同;当角向模式参数l不为零时,横向捕获效率随着径向模式参数p的增加而增加,轴向捕获效率随着p的增加而减小。第三章我们讨论了瑞利粒子在液体中布朗运动的力学模型,分析其在脉冲高斯光束照射下的速度和位移。最终发现长脉宽脉冲高斯光束能稳态的捕获小瑞利介质球体,二维的捕获大瑞利介质球体;短脉宽脉冲高斯光束只能二维的捕获瑞利介质球体。第四章我们推导了列阵涡旋光束角动量和波印廷矢量的解析表达式,得到列阵涡旋光束的传输特性。我们还分析了角动量和拓扑荷数、径向分布环半径、光束个数的关系。最后数值模拟瑞利粒子在列阵涡旋光照射下的运动微分方程,得到瑞利粒子的动态捕获过程。总之,本文研究了瑞利粒子在拉盖尔-高斯光束、脉冲高斯光束、列阵涡旋光束照射下的捕获效果。我们的结果对实验观察微小粒子的捕获具有指导意义,也为生物粒子低功率、高效率的操控提供了一种可行的办法。
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