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自旋角动量使晶体微粒光致旋转的最优设计

作　者: 管晓微
导　师: 朱艳英
学　校: 燕山大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 光镊光致旋转双折射微粒厚度自旋角动量
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
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内容摘要

20世纪初期人们开始致力于探索利用光束实现物体光致旋转的方法。1986年第一个光镊的诞生,将光致旋转技术带入了新的研究阶段。利用光镊捕捉微粒的优点在于它具有无机械接触和悬浮微粒的功能,避免了微粒与样品池底面或其他微粒接触,从而避免它们引起的阻力和干扰。光致旋转是在光镊对微粒的三维操作基础上又增加了一维角向的操纵,实现了对微粒的角向操纵。光致旋转技术已经在很多领域被用来作为操纵单个微米、亚微米级微粒,具有广阔的发展前景。论文内容主要包括以下几方面:首先,阐明了课题的研究背景和论文研究的意义,介绍了光致旋转技术的特性及应用前景。从理论上分析了实现光致旋转需要的光学势阱、晶体微粒的性质。阐述了实现光致旋转的几种方法,并比较了这几种光致旋转方法的实用性。进一步介绍了光致旋转技术在生物学、医学等领域的应用。其次,从理论上分析了偏振光束与双折射晶体微粒的相互作用机制,对双折射晶体微粒的初始旋转条件和提高微粒旋转角速度的方法进行了优化、又对双折射晶体微粒在不同激光功率下的光致旋转进行理论计算及仿真模拟。根据模拟结果,讨论了入射光椭圆度、晶体微粒半径大小、厚度和光轴取向等参数对实现光致旋转的影响。最后,根据理论研究结果,利用光镊装置,选择了合适的实验参数,对双折射微粒进行了光致旋转的实验研究,测量了在偏振光的作用下微粒的转动频率,并给出了微粒转动频率和激光功率的关系曲线。实验结果与理论研究基本一致。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 本课题的背景及意义  10-12
  1.2 国外光致旋转技术发展及研究现状  12-14
  1.3 国内光致旋转技术发展及研究现状  14-16
  1.4 课题来源以及主要内容  16-18
第2章光致旋转技术原理及应用  18-42
  2.1 光致旋转的定义  18-19
  2.2 光致旋转的原理  19-28
    2.2.1 光辐射压力  19
    2.2.2 三维光学势阱  19-21
    2.2.3 光束角动量  21-22
    2.2.4 晶体的光学分类  22-24
    2.2.5 单轴晶体的光学性质  24-28
  2.3 实现晶体微粒的光致旋转的方法  28-35
    2.3.1 利用自旋角动量实现微粒光致旋转  28-30
    2.3.2 利用轨道角动量实现微粒光致旋转  30-33
    2.3.3 利用线性动量实现微粒的光致旋转  33-34
    2.3.4 各种光致旋转方法的比较  34-35
  2.4 光致旋转的应用  35-41
    2.4.1 光驱动三维器件  35-38
    2.4.2 利用光致旋转测量液相微区温度  38-39
    2.4.3 单细胞的精确测量  39-41
  2.5 本章小结  41-42
第3章利用光束自旋角动量驱动双折射晶体微粒转动的最优设计  42-55
  3.1 具有自旋角动量光束椭圆度的最优设计  43-46
    3.1.1 入射椭圆偏振光偏振度的理论计算  43-44
    3.1.2 晶体微粒光致旋转的椭圆度仿真模拟及结果分析  44-46
  3.2 晶体微粒厚度的最优设计  46-51
    3.2.1 晶体微粒旋转角速度与其厚度关系的理论计算  47-48
    3.2.2 不同晶体微粒旋转角速度的数值仿真及结果分析  48-51
  3.3 不同激光功率下微粒旋转的模拟及结果分析  51-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章双折射晶体微粒光致旋转的实验研究  55-64
  4.1 实验仪器及参数设定  55-56
  4.2 实验操作  56-60
    4.2.1 双折射微粒的实验操作  56-57
    4.2.2 实验现象及分析  57-60
  4.3 实验数据处理  60-63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-72
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

自旋角动量使晶体微粒光致旋转的最优设计

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