安徽理工大学力学与光电物理学院, 安徽 淮南 232001
光镊技术是利用高度聚焦的激光束所形成的梯度力势阱对微纳粒子进行捕获和操控的技术, 在生物、物理、化学和医学等领域有着非常广泛的应用。基于4π聚焦系统, 理论研究了径向偏振高斯光束的紧聚焦特性及其对金属微粒的辐射力, 并与传统的单透镜聚焦系统结果进行比较; 还详细讨论了不同离焦和离轴距离对光阱刚度的影响。研究结果表明, 与传统的单透镜聚焦系统相比, 4π聚焦系统通过选择合适的光学参量, 可以获得具有三维球形结构的聚焦光斑, 显著增大了横向和纵向的梯度力, 从而显著增强光镊系统捕获金属微粒的稳定性。
物理光学 光镊 光学捕获力 4π聚焦系统 光阱刚度 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 102601
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
基于T矩阵法，计算拉盖尔-高斯光束(LGpl光束)光镊捕获双层球的捕获力。结果表明：随着数值孔径增大，光镊轴向和横向捕获效率最大值和捕获域均增加，数值孔径太小或太大时，光镊轴向和横向捕获效率会减小；球核折射率大于包层折射率时，随包层折射率增加，光镊轴向和横向捕获效率不断增大，球核折射率小于包层折射率时，光镊轴向和横向捕获效率会随包层折射率增加而减小；随LGpl光束的角向节线数(l)增大光镊轴向捕获效率最大值先增加后减小，而随LGpl光束的径向节线数(p)增加轴向捕获效率最大值渐渐减小，曲线逐渐平行于横坐标轴。
物理光学 T矩阵法 拉盖尔-高斯光束 双层球微粒 捕获力
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
T矩阵法适合用来研究微粒尺寸与入射光波长相近时系统中光镊的捕获力。T 矩阵法只取决于散射微粒的形状、尺寸大小、折射率及微粒在坐标系中的位置，而不受入射场约束。主要简述了T 矩阵法基本原理和计算，综述了光镊中单个微粒、两个微粒及两个以上微粒捕获力和力矩的计算方法，并对T 矩阵法在光镊中的应用前景做了分析。
光镊 电磁散射 T 矩阵法 捕获力 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 120007
华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
根据高斯光束和拉盖尔高斯光束两种光源的截面光强表达式，模拟出各自的光强分布. 利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效率，对高斯光束和以拉盖尔高斯光束为代表的空心光束的捕获能力进行了比较.结果表明，拉盖尔高斯光束相对于高斯光束其捕获能力具有很大的优势，拉盖尔高斯光束的最大反向捕获效率高于高斯光束的最大反向捕获效率，在光镊稳定平衡点附近的刚度大于高斯光束的刚度. 拉盖尔高斯光束由于其特殊的光强分布，当物镜的数值孔径足够大时球差对其影响较大.
光镊 几何光学模型 拉盖尔高斯光束 捕获力 稳定性 光阱刚度 Optical tweezers Rayoptics model LaguerreGaussian beam Trapping force Stability Trap stiffness
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
通过模拟单光线在双层介质球各界面上的反射和折射，分析了单光线对介质球施加的作用力，进而计算了整个高斯型激光束对小球施加的作用力。计算双层球的内层折射率分别为1.0和1.9时的捕获力，分析小球内层的半径和折射率对光镊捕获力的影响。计算结果表明，不同内径和折射率对捕获力的影响显著。当内层折射率小于外层折射率时，光镊捕获的稳定性得到提高，但是捕获的空间范围被压缩；而当内层折射率大于外层折射率时，光镊的捕获性能降低。双层球捕获力的分析结论为该类小球用做光手柄提供了可靠的理论依据。
几何光学 光镊 双层球 捕获力 激光与光电子学进展
2013, 50(6): 060801
中国科学技术大学选键化学开放实验室/物理系, 合肥 230026
讨论了实现环形光阱的几种方法:取髙级衍射光斑法、角锥透镜组法、转镜法和位相片法,并从形成的环形光束在准平行性、传输性能、实空部分能量对比度及会聚后焦斑大小方面比较了各种方法的特点,指出采用取髙级衍射光斑法的合理性。证明环形光可以在40×物镜下实现光阱,与理论计算相吻合。
环形光阱 有效捕获力 40×物镜
中国科技大学物理系选键化学实验室 合肥 230026
定义了光阱的有效捕获力,然后在几何光学范围内计算了环形光束形成的光阱――空心光阱的有效捕获力,并把空心光阱与实心光阱产生的光阱有效捕获力作了比较。数值计算结果得到空心光阱的有效捕获力大大提高,光阱的稳定性也随之提高;而且空心光阱对捕获对象的热损伤效应相应减小。
光阱 有效捕获力 环形光
