飞秒激光光镊的理论研究

本文从理论角度论证了飞秒激光作为光镊光源的可行性，给出了飞秒激光作用时微粒所受力理论计算公式，并在此基础上给出了对应于不同参数的光镊稳定性图形。我们还进一步分桥了飞秒激光作为光镊光属相对于其他激光的特有性质。     

飞秒光镊技术及其发展

激光捕获技术是利用光辐射力来捕捉、移动和操纵微粒的先进技术。飞秒光镊在实现粒子微纳操纵的同时还伴随着非线性现象的发生。阐述了飞秒光镊的模型和原理以及系统的各种结构形式,包括单光束梯度力光阱、贝塞耳光阱、双光束光纤光阱和冲击波光阱几种形式,并分析了每种形式的特点。     

考虑光镊效应的飞秒激光双光子加工线宽

采用自由基浓度起伏理论结合光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子加工的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊效应对自由基分布范围的影响,得到了飞秒激光双光子加工线宽的表达式。研究了线宽随扫描速度与激光功率的变化关系,并讨论了不同光引发剂对线宽的影响。得到了以自由基浓度起伏为基础,并考虑光镊效应的双光子加工线宽表达式,该结果与实验结果相符。研究结果为飞秒激光双光子加工的研究提供了新的思路,为光镊集聚效应对线宽影响的实验研究提供了理论依据。     

光镊力影响因素的计算分析

运用基于T矩阵算法的开源光镊计算工具包对可能影响光镊力的微粒尺寸、相对折射率以及光束模式进行了研究,计算结果表明,这三方面因素都会对光镊力产生显著影响,微粒直径与波长相等、相对折射率尽可能大时选择恰当的光束模式能够产生最佳的光镊捕获效果.     

激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明：在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比．这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据．     

基于片层光照明的新型单分子横向磁镊

磁镊是一种高精度的单分子技术,它用磁场对连有生物大分子的超顺磁球产生磁力,通过追踪磁球的位置来测量生物大分子的长度信息.磁镊包括横向磁镊和纵向磁镊.纵向磁镊空间精度高,但昂贵;横向磁镊简单便宜,但由于受其成像原理的限制,一般情况下只能连接较长的DNA等生物大分子,且其空间精度较差,进而限制了其应用范围.为了解决这个问题,本文改进了横向磁镊,用片层光照明的方法使光线主要被磁球散射,从而能够直接观察到吸附在样品槽侧壁上的磁球,这使得测量短连接的底物成为可能.对于实际应用的检测,首先测试了包含270 bp发卡结构的0.5μm双链DNA,用其中发卡结构的"折叠-去折叠"跳变过程证明了改进后的横向磁镊的确可以追踪短DNA等生物大分子.然后,进一步用16μm的λ-DNA检验了实验系统.最后,将新型横向磁镊与普通横向磁镊及纵向磁镊在小力和大力条件下拉伸不同长度DNA的噪声进行了比较,发现改进后的横向磁镊在空间精度上明显优于普通横向磁镊,与纵向磁镊相比也无明显差异.以上结果证明了改进后的横向磁镊的精度优势,并扩展了横向磁镊的应用范围.     

横向光力最新研究进展（特邀）

光镊技术利用光和物质之间动量交换产生的光力对细小颗粒进行操控,具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点,在基础物理、量子计算、生物医学等领域得到了广泛的应用。其中,横向光力（也称光横向力,OLF）是一种垂直于光的传播方向且与场强度梯度无关的特殊光力。近十年来,OLF的理论研究和实验探索成为了热点课题,在手性颗粒等超精密分选、光动量探测等方面有重要应用。从OLF的原理和产生条件、不同物理机制,以及在生物医学和物理化学等领域的应用等方面出发,对OLF的发展进行回顾和讨论,并对新的产生机制和更多的潜在应用与挑战进行展望。     

激光光镊技术及其应用

 传统的机械镊子夹持物体时必须用镊尖接触到物体，然后施加一定的压力，物体才会被钳住，而光镊则不同，它是基于光的力学效应使物体受到光束的束缚从而达到钳制的效果，然后通过移动光束来迁移或翻转物体。与机械镊子相比，光镊是以一种温和的非机械接触的方式来夹持和操纵物体，能够无损伤地实现对微小的活细胞以及纳米量级的颗粒进行捕获与操作。光镊的发明给人们研究微观世界提供了一种新的手段，可以预言，在纳米科技和生命科学迅速发展的21世纪，做为这两个领域得力工具的光镊技术必将具有光明的应用前景，成为本领域科学研究不可或缺的技术手段之一。     

基于光纤光镊的粒子捕获与操纵

光镊技术利用光的力学特性实现对微纳尺度物体的操纵,是研究自然科学中微观物质的重要技术手段.光纤光镊因其结构紧凑、便于集成、操作灵活、适用范围广等优点,成为广泛应用于光学捕获和光学操纵的工具.本文综述了近年来光纤光镊在微观粒子光学操纵方面的研究进展,以单模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、同轴双波导光纤为例介绍了光纤光镊对目标...     

双层介质球体所受光作用力的分析与计算

计算了双层介质球体的光作用力.结果表明,双层结构内外层相对折秧经和相对厚度的变化都将影响光作用力的大小.特别是当内层折射率大于外层折射率时,减小内层半径可得到一较小区域,在此区域光镊系统刚度将得到有效提高,可实现对双层介质球体的稳定束缚;而当内层折射率小于外层折射率时,随内层半径的减小,介质小球可能有两个稳定平衡点出现.     

用飞秒激光在透明介质体内形成衍射光栅

用数值孔径为0.65的40倍显微透镜紧聚焦能量稍高于能量损伤阈值的200 fs的钛宝石激光脉冲,分别在ZK6玻璃和K9玻璃内部导致局部折射率改变,在透明介质内部形成透射式相位衍射光栅．在635 nm的He-Ne激光照射下,通过对光栅衍射效率的数值拟合计算,得出了的光栅条纹宽度与实际测量基本吻合,这从侧面证明了折射率改变区域为超高斯型的假定．还对折射率改变区域的性质进行了分析．在实验上观察到脉冲间的相互影响将导致折射率改变区域范围的增大．从理论上给出了增加1级衍射效率的途径．     

飞秒脉冲制作啁啾光纤光栅的理论研究

提出了利用一束啁啾飞秒脉冲与另一束非啁啾飞秒脉冲相干制作啁啾光纤光栅的新方法, 并分析了其反射特性, 以及光栅结构与啁啾系数的关系, 讨论了其作为展宽器的应用, 为设计小型展宽器提供了理论基础.     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径（100 μm）阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

光纤探针型近场光镊光阱力特性研究

基于动量守恒原理,结合麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法,建立了近场空间内激光光镊对纳米微粒的光阱力计算模型.分析了光纤探针型近场光镊的近场分布以及操作纳米微粒时各轴向光阱力的分布情况,并探讨了光纤探针尖端的捕获尺寸、捕获位置和操作稳定性.结果表明:微粒应处于光纤探针针尖的近场空间内才可实现稳定可靠的纳米操作,不同尺寸的微粒具有不同的捕获效果,且随初始位置的不同微粒的捕获位置亦不同.计算结果为激光近场光镊纳米操作装置的设计和制造提供了理论基础.     

小型化可调光镊设计

光镊利用强会聚激光对微粒产生的梯度力来捕获微粒,可以进行无损、远程操控,同时具有皮牛精度的测力特性,已经成为物理学、生命科学和胶体化学等研究领域中不可缺少的研究工具。光镊效应可以表现微小的光子动量和角动量,是物理学的重要教学工具。本文根据高斯光束传播和变换规律,设计具有稳定捕获性能的最小化光镊,并给出了典型参数。光镊系统由捕获激光、光束耦合系统、倒置生物显微镜和大数值孔径物镜组成,成像系统由物镜、摄影目镜和CCD相机组成。本光镊系统具有紧凑特性,同时通过保持物镜后瞳充满度来实现稳定捕获。在该最小光镊系统上,可以根据用户需求增加光镊阱位操控系统、刚度调节系统和其他辅助设备以满足不同操控要求,可以很好地满足科研和教学需求。     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径(100μm)阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

光镊拉曼光谱法分析红法夫酵母内虾青素含量

建立一种用激光镊子拉曼光谱法快速定量红法夫酵母细胞内虾青素含量的方法。测定不同浓度虾青素标准品溶液的拉曼光谱,取其1 520cm-1峰峰高绘制虾青素标准曲线;取不同氮源、碳源的红法夫酵母细胞,一部分用激光镊子拉曼光谱法测定,一部分用紫外-可见分光光度法测定;最后分析两者间的相关性。结果表明虾青素标准曲线的相关系数到达0.998 3。在单位质量红法夫酵母虾青素含量与单位体积红法夫酵母发酵液虾青素产量方面,对比激光镊子拉曼光谱法与紫外-可见分光光度法,两种方法所得数据具有良好的相关性,其相关系数分别达到0.917 7和0.905 4,表明激光镊子拉曼光谱法能够达到紫外-可见分光光度法的测定效果,是定量分析红法夫酵母细胞内虾青素的更有效方法。     

光镊技术在生命科学研究中的应用

介绍了光镊技术的工作原理和系统结构,论述了光镊技术工作特点,并结合具体的研究工作,阐述了光镊技术在单细胞、单分子等生命科学研究领域中的应用,最后给出了近年来光镊技术取得的进展和新的应用.     

激光光钳在生物技术中的应用新进展

介绍了激光光钳在生物技术中的应用，阐述了应用机理并展望了进一步的发展。