1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
设计了一种尺寸可调谐的局域空心光束，通过轴棱锥与透镜距离的调节改变局域空心光束的尺寸，通过矩形光阑的调节使局域空心光束产生缺口。用MATLAB模拟了局域空心光束在调控中的尺寸变化和开闭口变化，以及轴棱锥之后的贝塞尔光束的变化，通过模拟和实验分别展示了局域空心光束由形成到闭合的过程。用MATLAB模拟了金粒子在局域空心光束中受到的梯度力、散射力以及二者的合力，然后根据横向梯度力与纵向梯度力判断粒子通过缺口进入光场后的首次捕获情况，并根据分析计算出了能够囚禁住的金粒子的尺寸。
光学设计 局域空心光束 尺寸调谐 光场缺陷 粒子囚禁 梯度力 散射力 中国激光
2022, 49(13): 1305002
华东师范大学物理与材料科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
提出了一种利用椭圆矢量空心光束实现瑞利粒子非对称操控的方案。理论计算了椭圆矢量空心光束对放置其中的瑞利粒子作用的散射力和梯度力。以实验产生的椭圆矢量空心光束作为操控光束,以乙酰苯液体中水分子团为研究对象,进行了相关粒子的囚禁动力学理论分析,采用蒙特卡罗方法进行了相关模拟。理论研究结果表明,瑞利粒子在椭圆矢量空心光束中所受散射力的大小远远小于所受梯度力的大小,选择合适的光强可以将瑞利粒子囚禁在光束非对称空心部分。
物理光学 椭圆矢量空心光束 瑞利粒子 梯度力 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 052602
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 中国计量大学 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。
双曲余弦高斯光束 光陷阱 矢量衍射理论 光梯度力 cosh-Gaussian beam optical vortex vector diffraction theory optical gradient force
基于贝塞尔积分及广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方法,导出了超几何激光束通过聚焦透镜光学系统的光场解析传输公式,计算了其在不同传输距离的光强分布特性。研究了超几何光束对瑞利微粒的辐射力和梯度力的分布情况,并对超几何激光束的捕获稳定性条件进行了分析。
超几何激光束 辐射力 梯度力 hypergeometric beams radiation force gradient force
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
近年来,艾里光束因具有横向加速、无衍射以及自愈等独特性质引起了人们的广泛关注。该光束的光场振幅分布遵从艾里函数,并满足类似薛定谔型的波动方程。从理论和实验、线性和非线性、应用等多个方面对它进行研究。从理论上阐述了艾里光束产生的原理,用相位空间光调制器从实验上产生了艾里光束。在此基础上,采用瑞利近似方法,重点分析了在一维艾里光束作用下,粒子所受的光学散射力、梯度力以及粒子所受的光学散射力和梯度力与粒子半径、折射率的关系。
艾里光束 横向加速 瑞利近似 散射力和梯度力 Airy beams acceleration Rayleigh approximation gradient and scattering forces
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
3 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
近场光镊是基于近场光学理论建立起来的可以对微粒实现稳定捕获和操作的新技术，相较基于单光束梯度力的传统远场光镊，近场光镊克服了光学分辨率衍射极限和热效应等众多因素的限制，可以实现对纳米量级微小粒子的捕获和操控，在物理学、细胞工程、生物医学等领域备受关注。首先阐述了基于倏逝场近场光镊的模型和捕获的基本原理，详述了棱镜全反射光镊、探针型光镊、纳米孔径光镊、聚焦倏逝场光镊、微纳光纤光镊、以及微谐振腔耦合结构型近场光镊的研究进展。最后，重点介绍了光镊在生物医学领域的应用。
近场捕获 倏逝场 近场光镊 梯度力 near-field trapping evanescent field near-field optical tweezers gradient force
宜春学院 物理科学与工程技术学院，江西 宜春 336000
基于Collins公式推导了余弦平方高斯光束通过无光栏透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力，采用数值模拟分析梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度随光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化。结果表明：光束相关参数b越大光阱的数量越多，光阱的位置随光束入射距离而改变，大小随系统菲涅耳数的增加而减小，但不影响其位置。
余弦平方高斯光束 无光栏透镜 Collins公式 梯度力 cosine-squared Gaussian beams thin lens without aperture Collins formula gradient force pattern
采用瑞利近似方法，数值模拟了纳米尺度的电介质粒子在一维艾里(Airy)光束作用下的光学散射力、梯度力，分析了小球所受的光学散射力和梯度力与小球半径、折射率的关系。同时，还数值模拟了小球在艾里光束中的运动轨迹，讨论了小球半径、折射率以及环境粘滞系数对小球轨迹的影响。结果表明光学散射力和梯度力随着小球半径和折射率的增大而增大。小球在光学梯度力的作用下，被牵引到光强极大值处，沿着抛物线做振荡运动，并最终收敛于抛物线型结构。小球的半径、折射率越小，以及环境的粘滞系数越大，小球轨迹的振荡越弱，收敛速度越快。
激光光学 光学微操控 瑞利近似 捕获和输运 梯度力和散射力 艾里光束 光学学报
2011, 31(s1): s100405
1 中国计量学院 光学与电子科技学院,杭州 310018
2 杭州电子科技大学 电子信息分院,杭州 310018
用基于德拜近似条件的矢量衍射理论研究了带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的光梯度力分布,改变相位板环形区的相对半径或当相位板的相位以一定拓扑数呈现拓扑变化时,可以调节光学系统焦点区域的光梯度力分布,形成各种非常有规则的几何形状的光陷阱,如当拓朴数分别取3,4,5,6时,可形成三角形、四边形、五边形和六边形光陷阱。此种相位板可用来构建可调的光镊系统,且通过调节相位板的各区域半径和拓扑数可以得到所希望的光陷阱。
梯度力 相位板 高斯光束 光陷阱 矢量衍射理论 拓朴 Gradient force Phase plate Gaussian beam Optical trap Vector diffraction theory Topology
1 中国计量学院 光学与电子科技学院,杭州 310018
2 杭州电子科技大学 电子信息分院,杭州 310018
研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。
径向偏振光 梯度力 相位板 光陷阱 radially polarized beams gradient force phase plate optical trap
