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摘要：本文采用新型光镊对光捕获微米级金属粒子进行了实验研究。金属粒子有着许多独特的物理性质和化学性质，它们与普通的电介质粒子和生物细胞相比有着很大的不同。实验中充分利用了光的力学效应，采取底部聚焦方法和扫描光镊方法，使用光镊分别在油、水中成功捕获了微米级的铝、铁金属颗粒，并进行了金属颗粒在光阱力和散射力的共同作用下的动力学实验探究。证明了激光束能量对捕获金属粒子的位置和稳定性的影响，并定量计算出不同激光束能量对金属粒子作用力大小的关系。本文会对光镊捕获的原理、设备以及实验做一个简短的介绍。40229
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毕业论文关键词：金属粒子 光镊 捕获 微米级
Study on Trapping Micron-size Metallic Particles Using Optical Tweezers
Abstract：In this paper, a study of trapping metallic particles is well done by using a new type of optical tweezers. Metallic particles, compared with common dielectric particles and biological cells, have many unique physical and chemical properties. The experiment makes full use of the mechanical effect of light. It shows that appropriate method can be implemented to capture micron-size metallic particles like Bottom Focus or Scanning Optical Tweezers. Micron-size aluminum and iron metallic particles is captured by scanning optical tweezers in oil and water respectively. A experiment is conducted to explore the dynamics of metallic particles under the joint action of radiation pressure dominates and gradient force dominates. The position and stability of the metallic particles can be affected by different laser beam energy. And a quantitative calculation of the relationship between different laser beam energy and the force of trapping metallic particles is also done. Principles, experiments and equipment are presented in the thesis.
Keywords: metallic particles optical tweezers trap micron-size
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 使用光镊进行光捕获的基本理论 1
1.3 光捕获的原理 3
1.4 光捕获微米级金属粒子的原理 4
1.5 实验研究的内容及其意义 5
2 光捕获微米级金属粒子的实验研究 5
2.1 实验仪器、样品及方法 5
2.2光捕获微米级金属粒子的实验说明 7
2.3 用底部聚焦法实现对微米级金属颗粒捕获的实验探究 9
2.3.1 在水中用底部聚焦方法捕获微米级金属颗粒 10
2.3.2 在油中用底部聚焦方法捕获微米级金属颗粒 16
2.4用扫描光镊方法实现对微米级金属颗粒捕获的实验探究 19
2.4.1 在水中用扫描光镊方法捕获微米级金属颗粒 21
2.4.2 在水中用底部聚焦方法捕获微米级金属颗粒 22
2.5 光捕获中激光束能量和对粒子作用力的实验探究 23
2.5.1 测量金属粒子受力的实验原理 24
2.5.2 用金属铝粒子探究作用力与激光功率之间关系 24
2.5.3 用金属铁粒子探究作用力与激光功率之间关系 26
3 总结及展望 29
3.1 总结 29
3.2 展望 30
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 引言
伴随着激光技术日新月异的发展，光镊的应用领域逐渐增多，前景也越发广泛，并且成为了很多科学和技术领域非常重要且密不可分的工具，为实验、研究等方面带来了极大的便捷，使得很多自然科学的研究成为了可能。在经典物理中，我们知道，光是同时具有能量和动量的[1]，在以往我们接触到的一般都是可以直接感知到的光的能量方面的运用，而很少有关于光的力学相关的动量方面的应用。因此光的力学效应及动量方面的应用正是现代科学技术上研究的前沿问题和热点所在，许多本来不同的学科在此交融碰撞后一同蓬勃发展起来，产生了许多令人瞩目的成就，并不断地衍生出了新的科学技术革新。光的力学效应的研究和利用近年来才刚刚起步，还没有完全形成系统的、完整的、成熟的技术应用手段。然而光镊的出现恰是弥补了这一方面的缺憾，也正是光的动量方面应用的代表，光镊巧妙地利用了激光所具有的较高亮度和良好的方向性[2]，使得光的动量带来的力学效应在显微镜的帮助下逐渐展现出来，并随着时间的推移与研究的增多而慢慢发扬光大。