粒子径向力横向力光学涡旋双涡旋光束轨道角动量硕士论文.doc

粒子在双涡旋光束中的受力特性研究【关键词】 粒子; 径向力; 横向力; 光学涡旋; 双涡旋光束; 轨道角动量; 【英文关键词】 particle; longitudinal force; transverse forces; Optical vortices; dual-vortex optical beam; orbital angular momentum; 【中文摘要】 光学涡旋在生物学和医学领域得到广泛应用,利用光涡旋可以成功的实现对粒子的操纵,随着光涡旋技术的不断发展逐渐成为生命技术及微操纵研究领域的有力工具。近几年,为了提高粒子的捕获效率,许多专家学者又提出了利用双涡旋光束实现对粒子的操控,并且通过实验验证了其理论的可行性。对于传播方向相反的两束涡旋光束,其拓扑荷为L1=-L2 ,当这样的两束光发生干涉时,由于它们的轨道角动量前后一致的重合、相互平衡,用这样的两束涡旋光束可以稳定的没有旋转的捕获粒子。这样的设置是通过涡旋光束反射,旋转方向仍未改变,实际上是反转拓扑荷,这样的涡旋光束具有双倍的光学轨道角动量,从而提高了粒子的捕获效率。 本文主要研究粒子在双涡旋光束下的受力情况,根据拉盖尔-高斯光束光场的表达式推导出粒子的受力表达式。分别从径向和横向两个方向分析了粒子的受力情况,估算了粒子在双涡旋光束中所受的径向力随粒子半径与光腰半径的比值、衍射距离的变化关系,以及粒子所受横向力与涡旋光束环半径的关系,根据模拟图像,估算了捕获粒子的最大径向力和横向力。结果表明:在粒子半径小于涡旋光束的光腰半径的情况下,径向力随粒子半径与光腰半径的比值的增大而增大;在粒子半径小于涡旋光. 【英文摘要】 Optical vortices is the optical potential basing on the interaction between the scattering force and the gradient force,and can control micro-particles ranging in size from tens of nanometers to tens of micrometers.As the Optical vortices has the characteristics of non-contact and no invasion,and becomes the important implement of the biology science and promotes the interaction and the development between the physics and biology.Recently,generation and characterization of beams interfered by double vortex .摘要 5-7 Abstract 7-8 第一章 光学涡旋概述 9-15 1.1 光学涡旋的发展历史 9-12 1.2 本文的研究意义和主要内容 12-15 第二章 光学涡旋的角动量 15-23 2.1 光学涡旋的角动量理论 15-18 2.2 涡旋光束的角动量的测量和传递实验 18-20 2.3 光学涡旋的分数轨道角动量 20-23 第三章 粒子在涡旋光场光束中的受力分析 23-35 3.1 光捕获和操纵的原理 23-24 3.2 光学涡旋中物体的受力 24-27 3.3 产生光学涡旋的方法 27-29 3.4 粒子在涡旋光束中的受力分析 29-35 第四章 粒子在双涡旋光束中的受力特性研究 35-49 4.1 涡旋光束概