可調(diào)雙光纖錐形光鑷對球形顆粒捕獲操控的研究.pdf

1、自20世紀(jì)80年代以來，微捕獲和微操控技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，尤其對一些生物大分子、活體細(xì)胞和固體顆粒捕獲并操控的研究得到了各領(lǐng)域科研工作者的空前重視。
　　本文提出了一種新型光學(xué)捕獲模型，解決實(shí)現(xiàn)了捕獲操控并收集液體或氣體中的固體顆粒的關(guān)鍵性問題。研究錐形雙光纖三維遠(yuǎn)場可調(diào)光捕獲結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對細(xì)微固體微球的捕獲和操控，獲得對液體或氣體中的固體微球捕獲、操控和收集的理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，力爭使光纖光學(xué)領(lǐng)域中的光捕獲與光操控研究取得突

2、破性進(jìn)展。本論文研究的完成不僅將大大提升我國在光捕獲領(lǐng)域的競爭力與影響力，而且在研究環(huán)境治理方面，也有著重要的應(yīng)用參考價(jià)值。
　　本文首先在原有平面型光纖光鑷的基礎(chǔ)上探索得到更有力的激光鑷子—球形光纖尖端組成的錐形光纖光鑷，錐形光纖尖端的半球面相比平面型光纖能夠更強(qiáng)地聚焦通過光纖尖端的光束，可在光纖出射區(qū)域形成更強(qiáng)的聚焦光場，有更多的光子與捕獲對象交換能量和動(dòng)量，從而得到更大的光力。之后引入雙光纖光鑷系統(tǒng)，是為了克服單光纖光鑷不能

3、穩(wěn)定捕獲被捕對象的缺陷的同時(shí)得到比單光纖光鑷更強(qiáng)的捕獲光場和更大的捕獲力，由半球形光纖尖端組成的錐形雙光纖光鑷系統(tǒng)是利用兩支精確準(zhǔn)直、相向傳播的錐形光纖尖端制成的，從兩尖端的半球面出射的強(qiáng)激光束形成了更強(qiáng)的聚焦光場和光捕獲力。球狀顆粒被捕獲和控制在雙光纖發(fā)出的激光束里，兩束激光作用在微球上的沿豎直向上的豎向光捕獲分力完全能夠抵消重力實(shí)現(xiàn)懸浮，為既穩(wěn)定又有效地捕獲并操控球形顆粒做好準(zhǔn)備工作。引入空氣微腔，是因?yàn)榧す庠诳諝馕⑶恢袀鬏斂梢詫?shí)現(xiàn)

4、其能量的衰減，通過改變錐形光纖前端空氣微腔的長度，便可改變帶有空氣微腔那端錐形光纖的激光會(huì)聚作用，進(jìn)而達(dá)到改變光捕獲時(shí)的平衡位置，如此便可根據(jù)需求將被捕對象進(jìn)行定向移動(dòng)，達(dá)到對被捕對象實(shí)現(xiàn)操控的目的。此類錐形光纖的尖端在實(shí)驗(yàn)上是由光纖經(jīng)熔融拉錐或尖端研磨得到的。
　　最后，本文將液體中的操控拓展到了在空氣中對霧霾粉塵顆粒的捕獲研究。經(jīng)過研究計(jì)算光纖在捕獲系統(tǒng)中的捕獲受力情況，最后得出的結(jié)論是：錐形雙光纖光鑷系統(tǒng)可以在空間三維中捕獲