倒置显微式光镊特性研究开题报告

全文总字数：4726字

1. 研究目的与意义（文献综述）

光具有动量，利用光产生的梯度力与散射力来与物质相互作用，从而操纵物质。

利用单光束梯度力阱——光镊，可以实现无损伤地操纵活体物质。

与传统机械镊子相比，光镊是以非接触的方式实现对粒子的捕获和操纵的，不会产生机械损伤。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容了解倒置显微式光镊系统的构造与原理，掌握其操作流程。 模拟计算倒置显微式光镊系统对酵母菌和聚苯乙烯小球的作用力；在不同激光功率下其他条件相同，以及物镜数值孔径的大小不同其他条件相同的情况下使用倒置显微式光镊系统对酵母菌和聚苯乙烯小球进行捕获并测量光阱的捕获力及酵母菌和聚苯乙烯小球的逃逸速度（阱深）。用倒置显微式光镊系统捕获三种不同大小的聚苯乙烯小球并测量光阱的捕获力及酵母菌和聚苯乙烯小球的逃逸速度（阱深）。将上述数据与理论计算结果比较和分析，研究光镊中激光功率、物镜数值孔径、微粒几何参数对捕获力、微粒的逃逸速度（阱深）的影响。2.2 目标因为光具有热效应，微粒在光阱中可能会过热而损坏，所以在光阱力足够束缚微粒的条件下，激光功率应该降至最低，并且微粒几何参数也会影响光阱力，所以研究激光功率和微粒几何参数与光阱力的关系非常重要。倒置显微光镊系统中物镜的数值孔径是至关重要的指标，数值孔径为介质折射率与物镜孔径角的乘积，孔径角越大进光量越大，而想要产生高梯度的光场需要大的数值孔径的物镜，但数值孔径增大会使视场宽度和工作距离减小，所以研究数值孔径与光阱力的大小选择合适的数值孔径物镜也非常重要。本文的目标是研究光镊中激光功率、物镜数值孔径、微粒几何参数对捕获力、微粒的逃逸速度（阱深）的影响。2.3.1计算光阱力

光具有动量，光镊利用光传递动量来操作粒子，本次课题所用酵母菌或聚苯乙烯小球均远大于光的波长，反射折射和衍射可以看做相互独立过程，在这种尺寸的粒子上，衍射可以忽略，所以可以用几何模型来表示，其受力如图1所示 。

图1 粒子受力分析图

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解倒置显微式光镊系统的原理与应用，完成开题报告。

第4－6周：了解倒置显微式光镊系统的构造，熟练掌握光镊系统的操作流程。

第7－9周：在不同的激光功率和物镜下，实现对酵母菌的捕获，并测量捕获力逃逸速度（阱深），并与理论计算结果比较和分析。

4. 参考文献（不低于12篇）

[1] ashkin a, dziedzic j m, bjorkholm e. observation of a single-beam gradient force trap for dielectric particles[j]. opt. lett., 1986, 11(5):288-290.

[2] 李银妹, 姚焜. 光镊技术[m]. 北京: 科学出版社. 2016.

[3] ashkin a. forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime[j]. j. biophys, 1992, 61(2):569-582.