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涡旋光束轨道角动量分析

作　者: 李晓青
导　师: 徐建波
学　校: 山东师范大学
专　业: 光学
关键词: 光学涡旋轨道角动量拓扑荷 Gouy相位
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用激光的一系列特性来实现对微粒的操纵,尤其是对纳米级粒子的捕获移动等,就是所谓的光镊技术。然而,一般的光镊只能捕获折射率比周围介质折射率低的微粒,对折射率较大的粒子的捕获效率则比较低,并且激光功率的增大会导致损伤活体微粒。而在相同激光功率条件下,聚焦光学涡旋场所产生的势阱力比高斯光束产生的势阱力大,并且聚焦光学涡旋场还可以通过轨道角动量的传递使被捕获的微粒旋转,因此,近代光学微操纵逐渐重视起了光涡旋的应用。高度聚焦的光学涡旋场不仅可以束缚微小粒子,还可以通过轨道角动量传递时被束缚的粒子发生转动。本文的研究内容包括光涡旋的基本原理,涡旋光束的轨道角动量特性以及利用光涡旋来实现对粒子的捕获控制三个方面。在阐述光涡旋原理方面上,介绍了产生涡旋光束的几种方法及其利弊,并且分析了利用涡旋光束如何来捕获微粒子,即从理论上计算了利用光涡旋捕获微粒的优势。在介绍涡旋光束的轨道角动量特性一章里,介绍了传统的拓扑荷为整数似的光束特性,即当产生涡旋光束的仪器是螺旋相位板时,如何输出最大轨道角动量;另外,本文还介绍了光束拓扑荷为非整数时光束的特性,即叠加产生此种光束的每种光模式的密度分布及Gouy相位因子的取值情况。在光涡旋应用一章里,本文具体从理论上计算了在涡旋光场中,米氏粒子和瑞利粒子的受力情况,从而得出了如何增强捕获的稳定性。本论文共包括五大部分:第一章介绍了光涡旋的研究背景,研究历史及现状。第二章介绍了光学涡旋的基本原理及利用光涡旋捕获微粒的捕获时间和捕获力。第三章系统的阐述了光束的轨道角动量特性,分为拓扑荷为整数和非整数时光束的轨道角动量特性。最后一章介绍了利用光学涡旋实现对米氏粒子和瑞利粒子的捕获操纵,即理论计算了对这两种粒子的捕获力。最后一部分对本文做了总结概括。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 光学涡旋的研究背景  8-9
  1.2 光学涡旋的研究历史及现状  9-11
  1.3 本文的研究目的和意义  11-12
第二章光学涡旋的原理概述  12-23
  2.1 光学涡旋的基本原理  12-17
  2.2 产生光涡旋的方法  17-21
  2.3 本章总结  21-23
第三章涡旋光束的轨道角动量分析  23-31
  3.1 涡旋光束的轨道角动量的数学描述  23-25
  3.2 拓扑荷为整数时的光束特性  25-27
  3.3 拓扑荷为非整数时的光束特性  27-29
  3.4 本章总结  29-31
第四章光学涡旋的应用研究  31-39
  4.1 光学涡旋对米氏粒子的束缚  31-34
  4.2 光学涡旋对瑞利粒子的捕获力  34-37
  4.3 本章总结  37-39
全文总结  39-41
参考文献  41-46
硕士学位期间发表的文章  46-47
致谢  47

涡旋光束轨道角动量分析

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