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光镊光阱力仿真实验界面及单模光纤光镊技术研究

作　者: 张馨予
导　师: 朱艳英
学　校: 燕山大学
专　业: 光学
关键词: 光镊单模光纤光镊多光束光镊光阱力自定义界面
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

光镊又称单光束粒子阱,它是由高度汇聚的单束激光形成的,可弹性地捕获从几纳米到几十微米的生物大分子微粒(球)、细胞器等,并在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行非接触性、无损伤活体操作。目前单模光纤光镊技术应用非常广泛,通过光纤端面出射的激光束形成的光阱与光学显微镜分离,这就使观察和操纵样品有更大的自由度。课题内容包括单模光纤光镊技术综述,光镊的原理,单光束光镊产生的轴向光阱力和横向光阱力的理论分析与仿真模拟及基于计算机软件实现光镊实验界面的开发。论文根据光镊发展的趋势,进一步研究了单模光纤光镊技术,对单模光纤微探头式光镊技术和微机械结构的多光束单模光纤光镊技术的工作原理,实验装置,实验过程和发展前景作了详细具体的论述。论文应用计算机软件实现光镊实验界面的开发,首先对光镊操纵米氏球状粒子的轴向光阱力和横向光阱力的特性进行模拟,其次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,对光阱力特性进行分析。最后应用流体力学中的Stokes公式对实验得到的横向光阱力进行程序化的定量计算及误差分析。因此,开发的光镊实验界面即能通过模拟值来修正实验值,也可以通过实验值来对比模拟值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 光镊的定义及产生的背景  10-11
  1.2 光镊技术的发展及研究现状  11-14
  1.3 光纤光镊技术的发展及研究现状  14-17
  1.4 实现光镊实验界面仿真的手段及意义  17
  1.5 课题的来源和主要内容  17-18
第2章单模光纤光镊技术  18-36
  2.1 基于平端面单模光纤光镊技术  18-22
    2.1.1 实验平台的建立  18-19
    2.1.2 理论计算与实验分析  19-22
  2.2 基于半球形自透镜单模光纤光镊技术  22-27
    2.2.1 单模光纤光镊的原理及应用  22-24
    2.2.2 单模双光纤光镊技术  24-27
  2.3 尖端带有轴椎体的单模光纤光镊技术  27-32
    2.3.1 轴椎体的构造及实验的建立  28-30
    2.3.2 生物细胞的捕获及光学束缚  30-32
  2.4 微机械单模光纤光镊技术  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章光镊原理与光阱力的理论计算  36-52
  3.1 光镊原理  36-41
    3.1.1 光辐射压力  36-37
    3.1.2 梯度力和散射力  37-38
    3.1.3 单光束梯度力光阱  38-40
    3.1.4 光阱力的束缚条件  40-41
  3.2 单光束光镊光阱力分析与计算  41-51
    3.2.1 米氏粒子所受轴向光阱力的分析与计算  41-48
    3.2.2 米氏粒子所受横向光阱力的分析与计算  48-51
  3.3 激光微束光强分布与光阱横向稳定性的关系  51
  3.4 本章小结  51-52
第4章光镊光阱力仿真实验界面的开发  52-66
  4.1 基于MATLAB 开发的光镊实验界面  52-53
  4.2 轴向光阱力的模拟与分析  53-58
    4.2.1 轴向光阱力仿真结果与分析  53-57
    4.2.2 轴向光阱力自定义界面  57-58
  4.3 横向光阱力的模拟与分析  58-62
    4.3.1 横向光阱力仿真结果与分析  58-61
    4.3.2 横向光阱力自定义界面  61-62
  4.4 流体力学法计算横向光阱力的界面开发  62-64
    4.4.1 实验原理  62-64
    4.4.2 自定义界面的应用  64
  4.5 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  72-73
致谢  73-74
作者简介  74

光镊光阱力仿真实验界面及单模光纤光镊技术研究

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