摘要：针对金属表面等离激元光镊热损耗问题,设计了一种硅基双纳米柱加纳米环的光镊结构.通过有限元仿真在1064nm入射光场下计算了三种不同硅基纳米结构(硅基纳米球、纳米柱、纳米环)的场增强效果.利用硅基纳米结构光学共振机理,设计了一种电场增强倍数达到7.39倍的硅基双纳米柱光镊结构.在此基础上,增加纳米环使光镊结构的环中心与双纳米柱间隙产生光学共振耦合现象,得到的电场增强倍数高达11.9倍,形成了稳定的光学势阱.最后采用麦克斯韦应力张量法对硅基光镊中不同直径的聚苯乙烯小球进行了捕获分析,并在x、y、z方向上计算分析了直径为25nm的聚苯乙烯小球在不同位置的捕获力、捕获势能以及捕获刚度.设计的硅基纳米双圆柱加纳米环的光镊结构能够对聚苯乙烯小球起到良好的捕获效果.

摘要：光镊技术已经成功应用于光学和微功能器件,但是,对光镊驱动复杂微转子所建模型尚不成熟。为了分析光镊的光驱动力和力矩,基于矩量法建立了一种新模型。基于此种模型的分析结果表明改变环境参量是提高光镊工作效率的方法之一,如微转子转动速率与光镊的激光功率成正比,与束腰半径成非线性关系。另一种可以大幅度提高光镊工作效率的方法是改变微转子的形状,数据表明"万字"形微转子的转动效率是相同尺寸的"十字"形转子转动效率的10-7倍。此外,通过解析力场的分布状态,可得到光压力的主要作用面,为今后的微转子设计提供依据。新模型的另一个优点是耗费时间较少,对于模拟光镊驱动微功能器件具有通用性和柔性。

摘要：在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬18°附近,1.5 km深处的海水折射率模型,预估了深海对光镊系统激光功率的损耗。使用T矩阵法计算对比了光镊在深海中和陆地上的纯水中对不同折射率和不同大小的球形微生物的捕获力。结果表明,相比于纯水中,光镊在1.5 km的深海中的最大轴向捕获力平均降低了25%,最大横向捕获力平均降低了20%。本研究可为未来基于光镊技术开发的深海微生物分选设备的下海实验提供参考。

摘要：为提升光镊在三维空间中对粒子的捕获性能,本文设计和分析了新型的双阱和多阱超透镜光镊方案.首先基于低损耗相变材料Sb_(2)S_(3)设计了可控超透镜双阱光镊,并对两个半径为250 mm的SiO_(2)粒子所受光力进行了矢量横向分析和轴向分析.仿真实验结果表明,当Sb_(2)S_(3)在晶态下时,超透镜捕获的两个粒子的横向光阱刚度k_(x)分别达到了约25.7 pN/(μm·W)和37.4 pN/(μm·W),轴向光阱刚度k_(z)均约为10.0 pN/(μm·W);而当Sb_(2)S_(3)在非晶态下时,k_(x)和k_(z)值均降低到其对应晶态下的1/10,且此时粒子在z方向上不能被稳定捕获,从而实现了在三维空间中对粒子的可控捕获.进一步本文给出了阵列式的可控多阱光镊.通过调控相变材料Sb_(2)S_(3)的晶态和非晶态,能形成不同组合粒子的三维捕获方案.这些新型可控光镊可实现多种方式的三维空间粒子捕获,提高了光镊的灵活性,为超透镜在光镊领域中的应用提供了一种新思路.

摘要：搭建贝塞尔光镊颗粒物观测系统。通过圆锥透镜产生贝塞尔光,利用贝塞尔光施加的光压力和反向气流施加的阻力,稳定地悬浮气溶胶颗粒物。结合弹性光散射信号,实现对气溶胶单颗粒粒径和折射率的测量。该系统还可用于研究不同环境条件下气溶胶的吸湿性、挥发性以及折射率等物理化学性质。

摘要：设计了一种具有鸟喙形的环形芯光纤光镊结构,并通过理论仿真进行研究。应用有限元法仿真光镊的光场强度分布,并对比了不同弯曲条件下光镊的光场图,结果表明,弯曲结构显著增强了光纤侧边的倏逝场强度。采用麦克斯韦应力张量法计算光镊对粒子的捕获力,并对比锥形光纤,分析鸟喙形光纤光镊的弯曲半径与捕获力的关系,以及粒子半径与捕获力的关系。结果证实鸟喙形环形芯光纤光镊不仅可以在尖端捕获粒子,还可以在侧边捕获、运输粒子。所提出的新型光纤光镊可应用于细胞生物学辅助研究领域。

摘要：提出了构建一种用于细胞非接触操作的激光微束系统。该系统由 Nd:YAG激光束经声压、热膨胀、汽化等综合效应实现的光刀和 He- Ne激光束经光学动力学效应实现的光镊组成。将两激光束耦合到显微镜中 ,实现了生物细胞的捕获、移动、翻转、打孔等一系列操作。在此基础上 ,分析了形成光镊所必需产生梯度力场的条件和形成光刀对能量的要求 ,进行了系统的总体设计、关键部件设计和选择 ,构建了一套激光微束操作实验系统 ,得到了预期的试验结果。在该系统上成功地实现了非接触细胞操作 ,并对染色体进行了切割。

摘要：提出了一种新的细胞光阱力标定的实验方法，利用细胞电泳原理，设计并研制了一套符合用光镊测力的电动样品池系统，用它替代单光镊操作系统中的普通样品池和高精密压电位移驱动平台，可以用电压调控细胞运动速度，系统相对简单、经济．实验测量结果为：在2～18V／cm电压梯度范围内，酵母细胞的运动速度与电压梯度成正线性关系，即在皮牛量级以下，最大光阱力与光镊光源的功率成线性增加关系．测量结果表明，该方法可实现对细胞光阱力的测量，还可用来测量细胞表面电量．

摘要：光镊利用光学梯度力捕获和操控微小粒子,已经成为深入研究生物分子间相互作用等微观机制的独特技术.光镊光束操控系统一般由扩束输入镜、扩束输出镜、调焦透镜、耦合透镜和压电转镜等光学元器件组成,以保证物镜后瞳充满的前提下实现光镊阱位操控.光镊阱位的三维精确操控是实现光镊位钳和力钳模式的基本条件.本文根据矩阵光学,对基于无穷远校正显微镜的光镊操控光路进行计算,分析扩束输入镜、调焦透镜和物镜轴向位置调整,以及压电转镜、调焦透镜和耦合透镜安装位置误差对光镊径向阱位操控精度的影响,得到了物镜高度调整基本不会影响光镊径向位置操控,压电转镜和调焦透镜的安装位置误差对光镊径向阱位操控精度影响最大等结论,提出了能够实现径向阱位精确操控的轴向阱位动态操控范围,为光镊设计和操控提供理论和实验指导.

摘要：光镊是一门利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应以实现粒子捕获的重要技术,该技术被广泛应用于纳米或微米级微粒的捕获及操控领域。当今技术和需求的发展对光镊系统的光束变换提出了更高的要求,因此需要对捕获光源的光束进行整形,获得光镊所需的光场分布。以激光光束整形的器件为主线,分别介绍在光镊系统中使用棱镜、衍射光学元件、液晶空间光调制器、数字微镜器件、光纤等光学元件进行捕获光源光束整形的情况。列出了这些器件组成的典型整形光路,以及近年来这些器件在光束整形方面的研究进展。同时还介绍了在捕获光源的整形设计中,上述方法的各自特点及相应的捕获能力。