基于LP21模式的單光纖光鑷系統(tǒng)研究.pdf

1、人類的歷史進程離不開生命科學領(lǐng)域的發(fā)展，而激光和光鑷的出現(xiàn)，更是成為了生命科學研究最為重要的工具。生命科學中的一系列微小尺寸的微粒，包括各種細胞、DNA、染色體等都需要一種有效且無損傷的操縱方式。光鑷就是最合適的選擇，因而在生物、物理化學和高分子物理等學科中成為了一個重要工具。隨著光鑷研究的深入，光鑷逐漸走出實驗室，成為一種廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的消費級儀器。
　　本課題驗證了一種采用低階LP21模式的單光纖光鑷系統(tǒng)。本文基于LP21

2、模式的扭轉(zhuǎn)線性特性和彎曲無關(guān)性特性，從理論和實驗兩方面驗證了，采用磨錐光纖聚焦的LP21模式可以作為一種有效的光鑷操縱系統(tǒng)，實現(xiàn)包括對微粒的選擇、融合、移動和旋轉(zhuǎn)等操縱。同時本文對微粒在LP21模式中的受力進行了詳細的理論分析和數(shù)值仿真。采用最為常規(guī)的幾何光學模型（RO模型）對微粒受力進行建模和仿真，仿真結(jié)果和最終的實驗結(jié)果非常吻合。單光纖光鑷簡單的結(jié)構(gòu)以及對生物細胞極為有效的操縱等優(yōu)勢，使得我們這個基于LP21模式的“光學爪盤”具有十

3、分廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文主要有以下幾部分內(nèi)容:
　　首先，本文簡單介紹了光鑷技術(shù)的發(fā)展和基本原理，重點敘述了光纖光鑷的應(yīng)用和發(fā)展。通過對光鑷散射力和梯度力的分析，提出了光鑷形成三維勢阱操縱微粒的能力。
　　其次，本文從理論上分析了米氏粒子的幾何光學受力模型，利用Maple推導(dǎo)了微粒在LP21模式中受力的具體方程表達式，并根據(jù)實驗中的光束特性進行了受力公式推導(dǎo)和數(shù)值仿真。
　　接著，闡述了光纖模式耦合理論和模式