对米氏粒子轴向光阱力与横向光阱力的测量研究

基于几何光学原理,在强聚焦激光光场中,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的轴向与横向光阱力进行计算.并在给定参数条件下,进行数值仿真,讨论各主要参数与光阱力的关系.     

基于电动现象的细胞光镊阱力测量

提出了一种新的细胞光阱力标定的实验方法，利用细胞电泳原理，设计并研制了一套符合用光镊测力的电动样品池系统，用它替代单光镊操作系统中的普通样品池和高精密压电位移驱动平台，可以用电压调控细胞运动速度，系统相对简单、经济．实验测量结果为：在2～18V／cm电压梯度范围内，酵母细胞的运动速度与电压梯度成正线性关系，即在皮牛量级以下，最大光阱力与光镊光源的功率成线性增加关系．测量结果表明，该方法可实现对细胞光阱力的测量，还可用来测量细胞表面电量．     

聚焦平面波中介质球光阱力的计算

应用ABCD定律计算了平面光波经过一个光阑-透镜组合系统的衍射场.应用瑞利散射理论,计算了光与Rayleigh粒子(半径小于波长)的相互作用力.数值计算表明:光阑的大小,透镜的焦距、光的波长以及粒子周围介质的选择对于光阱力都有重要的影响,光阑的加入增加了光学系统的可调性.这些结果对实验参数的选择,调节和实验结果的评价具有一定的指导意义.     

单光镊光阱力分析

在几何光学近似下，利用光线追踪法分析了激光微束作用于微粒的作用力，数值计算中考虑了激光微束的具体结构对光阱力的影响。分析表明：相对折射率和激光束腰对光阱力有重要影响，另外激光波长和微粒大小对光阱力也有一定影响。     

单光束光镊光阱力分析

在几何光学近似下,利用光线追踪法分析了激光微束对微粒的作用力,数值计算中考虑了激光微束的具体结构对光阱力的影响.分析表明:相对折射率和激光束腰对光阱力有重要影响,激光波长和微粒大小对光阱力也有一定影响.     

正切平方势量子阱的光整流特性

从理论上研究了正切平方势量子阱的光整流特性.利用有效质量近似,通过对系统的薛定谔方程的求解,得到了系统的能级与波函数.使用密度矩阵理论和迭代法,给出了系统的光整流的表达式.结果表明:随着限制势高度V0的增大,光整流的峰值逐渐变小,并且向着能量高的区域移动;当限制势宽度d逐渐增加,光整流的峰值也在增大,且向着低能量方向移...     

四种光阱刚度测量法的实验研究与比较

通过对光阱刚度的测量原理、方法及其特点进行分析,对多种光镊刚度标定方法进行了比较,分析了不同方法的精度和适用范围,总结了各种方法的优缺点.其中,流体力学法简单易行,但是误差较大;外加周期驱动力法精度较高,不需要测量绝对位移,但是适用的微粒的直径范围有限;热运动分析法所需要的参数少,但是受到系统噪声影响较大;功率谱方法精度较高,且不需要测量出绝对位移,但是测量结果受到系统噪声影响较大.     

生成二维对称光阱阵列的一种简单方法

提出了生成二维空间光阱阵列的新方法.由光阱位置参量和强度参量构成的纯位相调制函数,可以生成光阱数目、每个独立光阱的位置、光阱的峰值强度都可控的二维空间光阱阵列.采用液晶空间光调制器,仿真模拟设计了生成二维3×3对称光阱阵列的位相分布模板,计算了光强分布.     

光干涉法测量磨损量的研究

提出了一种高精度、非接触式测量磨损量的新方法——磨痕光测法。通过采集磨痕的光干涉图象，并用计算机进行图象处理，从而得到磨损量的大小。其水平分辨率达２．７μｍ，垂直分辨率达０．８３ｎｍ，可用于宽度小于５ｍｍ，深度梯度小于０．０８３，表面粗糙度小于０．１２５μｍ的磨痕测量。对客观性、精确性和方便性进行了分析。将该方法用于环块试验机试件磨痕的测量中，并以此为依据对滑动条件下有润滑磨损的粘—弹性模型的进行了验证。     

拉盖尔-高斯光束光镊捕获性质

利用T矩阵法研究光镊中微粒大小与入射光束波长相近时,光镊捕获效率与入射光束的阶数、微粒的折射率和尺寸大小的关系.对拉盖尔-高斯光束光镊和高斯光束光镊的轴向和横向捕获效率进行比较.计算结果表明:不同阶数的拉盖尔-高斯光束对微粒捕获效率的影响不同,阶数不超过4的拉盖尔-高斯光束的捕获效率高;微粒半径增加时,拉盖尔-高斯光束的轴向捕获效率逐渐增大,且捕获域也增加,高斯光束的最大捕获效率基本保持不变但捕获域逐渐增大;微粒折射率增加时,拉盖尔-高斯光束和高斯光束的轴向和横向捕获效率均先增加后递减,捕获效率出现了一个峰值,微粒折射率约在1.39~1.69是稳定捕获的最佳数值.     

用光镊研究介质微粒在交流电场下的相互作用

综合利用光镊定位、高速摄像、图像处理系统和低介电常数电流变液颗粒，在动态情况下，直接验证交流外电场下电偶极子对间的相互作用。测量了2个μm量级的玻璃微珠之间作用力与球心间距和结构形成时间的关系，获得电流变颗粒在交流电场作用下的结构响应时间和相互作用强度。所采用的光镊－摄像－影像处理系统的空间分辨率为0．26μm，图像最高采样率为8000幅／s，对应的最优时间分辨率为125μs。由于所研究的体系使用同真实电流变颗粒同样大小的颗粒，所以对寻找更好的电流变液材料具有意义。     

光镊理论模型研究进展

根据微粒尺度与入射光波长间的关系,给出几何光学模型和电磁模型.详细描述几何光学法、时域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、广义洛伦兹-米理论(GLMT)和瑞利散射方法等计算光镊捕获力的理论,并列出T矩阵法、离散偶极子近似法(DDA)、矩量法(MOM)及耦合偶极子法(CDM)等多种数值计算方法.研究表明:在光镊技术中,这些方法可用于不同性质的光束及微粒的研究,其研究方法与过程均有所不同.     

光镊在基因治疗中的实现

基因治疗综合了物理、化学、生物、医学等多门学科的技术,应用于基因的置换、修正、修饰、失活。治疗的关键措施是基因转移,既将目的基因导入靶细胞,这里通过介绍几种普通的物理导入方法的利弊,并通过对光镊原理的分析可以看出其在该领域的优势和重要地位。     

贝塞尔光镊颗粒物观测系统的设计研究

搭建贝塞尔光镊颗粒物观测系统。通过圆锥透镜产生贝塞尔光,利用贝塞尔光施加的光压力和反向气流施加的阻力,稳定地悬浮气溶胶颗粒物。结合弹性光散射信号,实现对气溶胶单颗粒粒径和折射率的测量。该系统还可用于研究不同环境条件下气溶胶的吸湿性、挥发性以及折射率等物理化学性质。     

高精度流体热物性测试实验系统的研制

在分析各种流体热物性参数测量要求的基础上,借鉴前人研究经验,结合最新的温度、压力等参数测量与控制技术,完成了流体热物性测试用的温度测量系统、高精度控温油/水槽、高精度控温酒精槽、压力测量系统、真空及配气系统、配套的测试与控制软件等的研制与开发,最终形成了一套相对完整的测试实验系统平台.在实验系统的运行范围内,最佳的温度测量不确定度小于±1mK,恒温槽15min的温度波动度可优于±1mK,压力测量的准确度为量程的0 01%.大量的实际运行结果表明:新研制的流体热物性测试实验系统性能稳定,测试结果可靠,为目前正在进行的流体热物性测试自动化研究奠定了良好的基础.