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光驱动微机械马达实现方式的研究

作　者: 沈军峰
导　师: 朱艳英
学　校: 燕山大学
专　业: 光学
关键词: 光镊微机械马达光致旋转轨道角动量自旋角动量计算全息法涡旋光束双折射晶体
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要

光镊微操纵技术的发明及应用将微机械设计领域的研究带入了新的阶段。光致旋转技术是对微纳粒子的三维操作基础上又增加了一维角向的操纵的技术,这为光驱动微机械马达的设计研究提供了新的突破口。设计光驱动微机械马达首先要解决的问题是如何实现微机构的光驱动动力源。一般用来旋转微粒的激光光束要具有线动量、轨道角动量或自旋角动量,而且微粒要具有特殊形状或有光吸收性、双折射特性等性质。论文针对这些问题研究了以下内容:首先,介绍了微粒光致旋转的基本原理和几种实现方式,并对利用涡旋光束轨道角动量实现微粒的光致旋转所需的条件进行了分析,给出了有利于光阱稳定性和提高微粒旋转角速度的指导性实验条件,对相应的涡旋光束的获取进行了理论推导,并以类贝塞尔光束为例进行了模拟分析。其次,分别从理论和实验两个方面研究了偏振光束与双折射晶体微粒的相互作用过程,讨论了光束自旋角动量和轨道角动量向双折射晶体微粒的传递所导致的光致旋转效应的原理。在给定参数的条件下,对光扭转力矩进行了数值模拟。根据模拟结果,讨论了激光功率、双折射晶体微粒的半径大小、厚度以及和光轴取向等参数对光扭转力矩的影响。依此设计了光致旋转实验装置,并在此实验装置上对两种双折射晶体微粒（CaCO₃和SiO₂）进行了旋转角速度的实验测量。最后,在对微粒光致旋转技术的理论分析和实验研究的基础上,利用偏振光束角动量转移导致双折射晶体微粒旋转的原理,提出了两种双光阱法驱动微机械马达的设计思路。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题研究的背景  10-12
  1.2 课题研究的目的和意义  12-14
  1.3 光致旋转技术的发展及研究现状  14-18
    1.3.1 光致旋转技术的产生和发展  14-16
    1.3.2 光致旋转技术的研究现状及应用  16-18
  1.4 微机械动力系统的研究现状及发展  18-20
  1.5 课题来源及论文主要研究内容  20-22
第2章光致旋转技术原理  22-37
  2.1 光致旋转的原理  22-29
    2.1.1 光致旋转的原理  23-25
    2.1.2 光致旋转的实现方法  25-29
  2.2 双折射微粒的光致旋转原理  29-35
    2.2.1 双折射微粒的光致旋转原理  30-35
    2.2.2 双折射微粒的光致旋转的条件  35
  2.3 本章小结  35-37
第3章计算全息法获取涡旋光束的理论研究  37-57
  3.1 计算全息法获取涡旋光束的理论基础  37-41
    3.1.1 光学全息法原理  37-39
    3.1.2 计算全息法的特点  39-40
    3.1.3 计算全息法原理  40-41
  3.2 涡旋光束  41-46
    3.2.1 常见涡旋光束  42-45
    3.2.2 类贝塞尔光束理论模型  45-46
  3.3 计算全息法获取类贝塞尔光束的理论计算  46-54
    3.3.1 获取类贝塞尔光束的全息干板设计  46-49
    3.3.2 全息干板的模拟结果  49-54
  3.4 本章小结  54-57
第4章双折射微粒光致旋转的数值模拟与分析  57-69
  4.1 双折射微粒特征参数与旋转角速度的关系的数值模拟与分析  57-63
  4.2 光致旋转实验系统的设计及基本结构  63-64
  4.3 石晶体(CaCO_3)的光致旋转实验研究  64-67
  4.4 本章小结  67-69
第5章微机械马达的双光阱法实验系统设计  69-77
  5.1 光驱动微机械马达的设计原理  69-70
  5.2 双光阱法实验系统设计  70-72
    5.2.1 单光源双光阱实验系统设计  70-71
    5.2.2 双光源双光阱实验系统设计  71-72
  5.3 光驱动微机械马达设计  72-75
  5.4 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-85
攻读硕士期间承担的研究任务与主要科研成果  85-87
致谢  87-88
作者简介  88

光驱动微机械马达实现方式的研究

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