学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

单光源双光阱光镊设计及光阱效应分析和数值仿真

作　者: 谈爱玲
导　师: 史锦珊
学　校: 燕山大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光镊激光微束光阱力双光阱微操纵
分类号: TH744
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 168次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

激光生物学是一个多学科交叉的新兴学科，其中以激光微束的光阱效应为基础的光镊技术是生命科学和生物工程研究的有力工具。高度聚焦的激光微束所形成的梯度力可以将大小从nm到μm级的电介质材料的中性粒子捕陷于其焦点上。由于光镊可实现生物活体样品的非实体接触无损伤操纵，光镊技术已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。本课题内容包括基于激光微束的光镊原理、光阱力的定量计算和数值仿真及分析、单光阱光镊仪器和单光源双光阱光镊仪器的设计以及双光阱系统在三维方向上对光阱位置进行操纵时，系统的稳定性和操纵的有效性等关键技术的研究。在光阱力的定量计算方面，本文基于几何光学原理，以射线光学计算模型为基础，对几何尺寸远大于光波长的米氏球状粒子所受轴向沿z轴方向和横向沿y轴方向的光阱力进行了计算。在给定参数条件下，进行了数值仿真，并根据仿真结果，讨论了光束束腰半径、相对折射率、激光波长及功率等系统主要参数与光阱品质特性的关系。对显微镜物镜浸油与媒质水溶液折射率不同所产生的球差对光阱力的影响进行了定量计算与数值分析。通过改善激光束形状，在保证轴向光阱力的同时，可有效提高光镊系统横向稳定性，提高对光阱横向位置操纵的速度。对几何尺寸远小于光波长的瑞利球状粒子，描述了基于电磁场理论的EM光阱力计算模型为基础的计算结果。在仪器设计方面，设计了单光阱光仪器系统，并在此基础上设计了单光源双光阱光镊仪器系统。双光阱微操纵系统在三维方向上对光阱位置进行调节时，对光阱的特性和系统的稳定性以及操纵的有效性进行理论论证。本文为三维独立可调双光阱光镊仪器的研制做了理论和技术的前期准备工作，对光镊仪器的设计以及在生命科学与生物技术中的推广应用具有促进作用和重要参考价值。

全文目录

摘要   4-5
Abstract  5-10
第 1 章绪论  10-18
  1.1 本课题的背景及意义  10-11
  1.2 国外光镊技术的发展与研究现状  11-15
    1.2.1 光镊技术的产生与发展  11-13
    1.2.2 光镊理论的研究现状  13-14
    1.2.3 光镊技术的应用研究  14-15
  1.3 国内光镊技术的发展与研究现状  15-16
  1.4 课题来源及主要内容  16-18
第 2 章光镊技术及其原理概述  18-26
  2.1 光镊的定义  18
  2.2 光镊的原理  18-24
    2.2.1 光辐射压力  18-19
    2.2.2 梯度力和散射力  19-21
    2.2.3 二维光学势阱  21-22
    2.2.4 基于激光微束的三维光学势阱  22-24
  2.3 光阱力与束缚条件  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第 3 章激光微束作用于粒子的光阱力的理论研究  26-43
  3.1 米氏粒子所受轴向光阱力的分析与计算  26-33
    3.1.1 射线光学模型  26-27
    3.1.2 激光微束强发散光场中轴向光阱力的计算  27-31
    3.1.3 激光微束强会聚光场中轴向光阱力的计算  31-33
  3.2 米氏粒子所受横向光阱力的分析与计算  33-35
  3.3 物镜油同媒质水溶液折射率不同产生球差的分析  35-37
  3.4 激光微束光强分布与光阱横向稳定性的关系  37-39
  3.5 瑞利粒子所受光阱力的描述  39-40
  3.6 用T矩阵计算光阱力的方法  40-41
  3.7 本章小结  41-43
第 4 章单光阱光镊仪器系统设计  43-53
  4.1 单光阱光镊仪器系统的基本组成  43-45
  4.2 单光阱光镊仪器系统的结构设计  45-51
    4.2.1 激光器光源的选取  46-47
    4.2.2 激光光路调节系统  47
    4.2.3 倒置显微镜的选取  47-49
    4.2.4 光路耦合器  49-50
    4.2.5 光阱微操纵系统  50-51
    4.2.6 CCD与图象处理系统  51
  4.3 本章小结  51-53
第 5 章单光源双光阱光镊仪器系统设计  53-66
  5.1 单光源双光阱光镊系统整体设计  53-56
    5.1.1 基本设计原则  53-54
    5.1.2 单光源双光阱光镊仪器系统结构设计  54-56
  5.2 双光阱光镊横向微操纵系统  56-61
    5.2.1 单个光阱横向位置微操纵系统的稳定性  56-59
    5.2.2 单个光阱横向位置微操纵系统的有效性  59-61
  5.3 双光阱光镊纵向微操纵系统  61-65
    5.3.1 单个光阱纵向位置微操纵系统的稳定性  61-63
    5.3.2 单个光阱纵向位置微操纵系统的有效性  63-64
    5.3.3 双光阱纵向位置的同步操纵  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第 6 章光阱力的数值仿真与分析  66-80
  6.1 Matlab编程语言及辛普生算法  66-67
  6.2 轴向光阱力数值仿真与分析  67-73
    6.2.1 激光微束强发散光场中轴向光阱力数值仿真与分析  67-72
    6.2.2 激光微束强会聚光场中轴向光阱力数值仿真与分析  72-73
  6.3 球差对轴向光阱力影响的数值仿真与分析  73-75
  6.4 横向光阱力数值仿真与分析  75-77
  6.5 球差对横向光阱力影响的数值仿真与分析  77-79
  6.6 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-88
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  88-89
致谢  89-90
作者简介  90

单光源双光阱光镊设计及光阱效应分析和数值仿真

内容摘要

全文目录

相似论文