反常涡旋线偏振光束对瑞利粒子的捕获特性开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

光具有很多优良的特性,在我们的生产和生活中已经是不可或缺的要素,在日常通信中,光通信具有比电通信更加安全。自从光的波粒二象性被提出来后,人们对于光的研究更加深入。随着我们对微观世界认识的深入,我们发现在微观领域想要实现对粒子的捕获和控制,常规的机械手段已经失去了作用,于是“光镊”一词被提出。光镊在微小领域,对生命科学、化学、材料学、物理学、精密加工等领域产生了重大的影响,尤其是在对生物细胞和微小粒子的捕获和控制,开创了全新的格局。

涡旋光是一种特殊光,它在传输过程中等相位面呈螺旋形状,具有轨道角动量。它有着许多独特的性质,涡旋光中心暗斑小、没有衍射和加热效应,并且它具有较大的轨道角动量,这使得它在光学捕获中能够产生更大的回复力,因此在微观领域能够更好的对粒子进行捕获和控制。反常涡旋光在近场是一个空心旋涡光束,而当它传输到远场时它会变成宗量拉盖尔光束。反常涡旋光由于其独特的传播特性,在光学操纵和原子制导中有广泛的应用前景。

对于涡旋光的研究已经有一定的历史了,1974年ney和berry证明了光场中波前错位的存在,类似于晶体结构中存在的两种错位结构,并探索了错位的基本性质。1989年cullet等人首次提出了光学涡旋的概念,用来描述相位带有奇异性且围绕奇点旋流的波,他们发现光学涡旋的中心是相位不确定的奇点,中心的光强为零,并且相位的变化是不确定的,光束绕其相位奇点传播旋转一周时,相位的变化是2π。1992年,allen等人通过理论推导发现,当光束的光强表达式中含有因子时,此光束便是涡旋光,并且每一个光子都携带着轨道角动量,大小为,参数l为拓扑荷数,参数为普朗克常量。正是这一结果的发现,引发了人们对于涡旋光的进一步研究,掀起了对涡旋光束的产生、传输以及应用等的研究热潮。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:分析反常涡旋光束的基本概念及其应用前景。建立反常涡旋线偏振光束的瑞利散射模型。研究反常涡旋线偏振光束对瑞利粒子的捕获特性。

目标:实现对反常涡旋线偏振光束深聚焦之后的特性研究,获得反常涡旋线偏振光束深聚焦之后对瑞利粒子捕获的条件。

拟采用的技术方案及措施:在已有的反常涡旋线偏振光束基础上,搭建好光学系统,将反常涡旋线偏振光束进行深聚焦,然后再与建立好的瑞利粒子模型结合,研究反常涡旋线偏振光束对于瑞利李章洙的捕获。实验所需要搭建的光学系统,其主要目的是为了将反常涡旋线偏振光束进行深聚焦,因此光学系统的主要元器件是聚焦透镜。聚焦之后我们要确定聚焦场的分布,考虑到反常涡旋线偏振光束深聚焦之后的变迹等效应,因此在光束经过透镜之后我们采用切趾函数而非光瞳函数来表示反常涡旋线偏振光束的转换。再结合debye积分理论,我们可以得到反常涡旋线偏振光束在经过透镜之后的聚焦场表达式。由于最后需要对瑞利粒子进行捕获,我们还需要对光镊的知识有所了解。在得到反常涡旋线偏振光束的聚焦场之后,我们通过线性偏振光的深聚焦理论,得到聚焦场的广场特性和辐射力特性,从而得到反常涡旋线偏振光束深聚焦对瑞利粒子的捕获特性。

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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,查阅反常涡旋线偏振光束的相关知识以及matlab的使用方法。确定方案,完成开题报告。

第4-8周:明确反常涡旋线偏振光聚焦整形理论,完成理论建模。

第9-13周:建立聚焦整形系统模型,进行仿真模拟,得到模拟结果,整理数据,进行理论分析,开始撰写毕业论文。。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 张明艳. 矢量反常涡旋光束的深聚焦及辐射力研究[d]. 成都: 电子科技大学图书馆, 2018.

[2] 刘志荣. 光镊对瑞利介质球的光学捕捉研究[d]. 杭州: 浙江大学图书馆, 2013.

[3] 张雪. 涡旋光束的拓扑荷测量及纳米粒子操作[d]. 成都: 电子科技大学图书馆, 2016.

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