紧聚焦圆柱矢量光束捕获多个粒子的研究

摘要

偏振是光束非常重要的属性，利用不同偏振态的光束与光学衍射元件以及光学系统相结合可以实现很多新颖的光学现象，具有较高的研究价值。在非均匀偏振光束中，圆柱矢量光束由于其优异的聚焦性质，被科研工作者广泛的关注，在光学捕获、纳米光刻、粒子加速等领域具有潜在的应用。基于矢量衍射理论，结合了衍射光学元件对光束的调制作用，本论文主要研究了圆柱矢量光束紧聚焦的光场分布，实现了光学笼子以及一维光链的目的。基于瑞利散射理论，分析粒子在光场中的辐射力情况，讨论稳定的捕获条件。主要的工作内容如下：
　　基于矢量衍射理论，推导了圆柱矢量光束紧聚焦的光场分布，特别地，给出了径向偏振光和角向偏振光紧聚焦光场分布的解析解。利用瑞利散射理论，计算了瑞利粒子在圆柱矢量光束紧聚焦的光场中受到的辐射力，给出了粒子捕获的两个稳定性判据。
　　计算了双环形圆柱矢量光束紧聚焦的归一化光场分布。讨论了不同的截断参数对紧聚焦场分布的影响，计算了截断参数和焦平面峰值光强的依赖关系，剖析了产生这种关系的物理机制。讨论了偏振方向和径向的夹角与紧聚焦光场分布的关系，计算了入射光束为纯径向偏振光和纯角向偏振光时光束紧聚焦的焦平面的光场分布。基于瑞利散射理论，计算了瑞利粒子在紧聚焦后的光场中受到的梯度力、散射力和吸收力，计算了粒子捕获的稳定性判据，给出了稳定捕获的条件。
　　基于矢量衍射理论，结合了光学涡旋和偏振畸变的相互作用，计算了三环形相位光阑调制的角向偏振光束紧聚焦的光场分布，定性的剖析了产生横向一维光链的物理机制。研究了三环形相位光阑内环和外环的相位差的改变对紧聚焦的光场分布的影响。基于瑞利散射理论，计算了瑞利粒子在角向偏振光束紧聚焦后的光场中受到的梯度力、散射力和吸收力，计算了粒子捕获的稳定性判据。
　　为了进一步优化粒子捕获的光场的稳定性，计算了径向偏振光通过三环形相位光阑紧聚焦的光强分布，研究了三环形相位光阑内环和外环的相位差对焦平面光场的影响。基于瑞利散射理论，计算了瑞利粒子在径向偏振光束紧聚焦的光场中受到的梯度力、散射力和吸收力，比较了角向偏振光和径向偏振光紧聚焦的光场对粒子捕获的稳定性，给出了径向偏振光优于角向偏振光的物理机制。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 圆柱矢量光束紧聚焦的性质及应用

1.3 紧聚焦圆柱矢量光束对粒子捕获的研究进展

1.4 课题的主要研究目的及内容

第2章 紧聚焦的基本理论以及粒子受力研究

2.1 引言

2.2 紧聚焦的基本理论

2.3粒子辐射力研究及稳定捕获条件

2.4本章小结

第3章 基于双环形圆柱矢量光束光学笼子的实现

3.1 引言

3.2 双环形圆柱矢量光束紧聚焦实现光学笼子

3.3 粒子在光学笼子中的辐射力分析以及稳定性分析

3.4 本章小结

第4章 基于角向偏振光束一维光势阱的实现

4.1 引言

4.2一维光势阱的实现

4.3角向偏振光聚焦场中粒子的辐射力分析

4.4本章小结

第5章 基于径向偏振光束一维光势阱的实现

5.1 引言

5.2利用三环形相位光阑实现一维光势阱

5.3径向偏振光聚焦场中粒子的辐射力分析

5.4本章小结

结论

参考文献

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