光纤光镊的捕获特性与振动传感特性研究

摘要

随着光镊技术在微观领域中的广泛应用,人们对光镊系统的要求也在不断提升,将光纤引入光镊系统,其轻便、灵活的特点大幅度提升了光镊系统操作的自由度与灵活度,光纤光镊会成为研究细胞生命活动的基本规律和微小力学传感测量的重要工具。本课题研究的是光纤光镊的捕获特性与振动传感特性:利用两种不同端面结构的光纤分别实现光镊的多粒子捕获和振动传感测量。
　　 对于光纤光镊的光捕获系统,先根据光镊技术的基本原理,设计构造锥形光纤端面,然后采用基于电磁场动量守恒定律和时域有限差分的分析方法,研究在改变捕获粒子数量、光纤端面锥角大小、微粒半径和折射率等参数情况下,锥形端面光纤捕获出射光场光阱力的特性。在实验中,利用锥形端面光纤光镊实现对酵母细胞的多次捕获与转移,并用锥形端面光纤光镊实验标定光镊出射光场中光阱力的变化趋势。
　　 对于光纤光镊的振动传感系统,先依据光捕获原理设计微光纤振动传感器的基本结构,并采用惯性受迫振动原理分析此结构的力学特性,得到微光纤振动传感器的幅频特性与相频特性曲线。根据分析优化传感器结构,设计光纤端面结构,研究光纤端面的制作方法和微光纤振动传感器的加工工艺,并通过分析振动传感实验结果,验证了此种基于光捕获原理的微光纤传感器适用于振动传感测量。