光镊计算模型及轴向捕获力分析-电子科学与技术专业论文.docxVIP

摘要 摘要 万方数据 万方数据 摘 要 光镊技术的研究涉及物理、生物、化学、医学、材料等学科，其复杂性单 凭个人的力量很难将其面面俱到，唯独从某个方面着手，深入钻研，才能为整 个光镊技术的研究贡献自己的一份力量。光镊作为一项技术手段，必须以实际 应用为目标，然而其理论研究也同样重要，有了丰富的理论基础，才能在研究 过程中少走弯路。光镊中最重要的功能就是微米级尺度上的微操控和对微小作 用力的测量，微操控和微力测量功能都要求人们需要对光镊作用力有一个定量 的认知。前人总结了许多光镊定量研究方法，其中包括几何光学模型，本文以 几何光学模型为基础，对光镊的捕获性能进行分析。 光镊是一套复杂的系统，研究时需要考虑可能对光镊性能产生影响的所有 因素，如光源的性质、显微镜系统的参数、实验步骤的设计、实验对象的选择 等问题。 首先探讨球差问题，利用几何光学模型计算光镊的捕获力，并分析球差对 光镊捕获性能的影响。结果表明，球差的存在，削弱了光镊产生的反向拉力， 数值孔径和探测深度这两个光镊重要参量的变化也会影响球差效应对光镊捕获 性能削弱的程度。 其次，考虑光镊系统中捕获光源在其捕获过程中的作用，分别将高斯光束 和拉盖尔-高斯光束作为捕获光源来分析其捕获效果的差异。结果表明，拉盖尔- 高斯光束可以获得更好的捕获效果，同时当球差存在时，拉盖尔-高斯光束的捕 获性能在数值孔径增大到一定程度之后出现减弱的现象。 另外，研究光镊对双层结构介质球的捕获性能，通过分析计算结果，得到 了双层介质球的捕获力与双层介质球内外层半径比、内外层介质各自的折射率、 聚焦透镜的数值孔径以及光阱探测深度等参数之间的关系。 最后，介绍声镊和磁镊技术的原理和特点，并与光镊技术相比较，为今后 光镊技术的发展方向提供思路。 关键词 ： 光 镊 几 何 光 学 模 型 球差效应 拉 盖 尔 - 高 斯 光 束 双层介质 球 I 华侨大学硕士学位论文 华侨大学硕士学位论文 Abstract Abstract Abstract The study on optical tweezers is an interdisciplinary sciences that contain physics, biology, chemistry, medicine and materials etc. It is difficult for individual to study further due to the complexity of optical tweezers technology. We have only to delve it into from a small point, and then contribute ourselves to the entire optical tweezers technology research. Optical tweezers must aim at the practical application as a technical means, however, its theory research is also important. The detour in the process of optical tweezers research will be avoided with a profound theory basis. The most important function of optical tweezers is the manipulation in micron-sized scale and the measurement of tiny force, which requires a quantitative understanding of the trapping force. There are many methods in previous discussions about the quantitative study of optical tweezers, and t he ray-optics model is one of them. Here we analysis the trapping performance of optical tweezers based on ray-optics model. Optical tweezers is a complex system, so that all possible factors that affect the performance of optical tweezers must be considered, su