安徽医科大学生物医学工程学院, 安徽 合肥 230032
新型光束的构建及光束的传输性质是光学领域的重要基础。特别是具有无衍射、自加速或自修复等特殊性质的光束,它们在自由空间和光波导中的传输及应用更是人们关注的热点。虽然波动光学已经发展出相当完备且严格的理论体系,可分析波动方程的解及它们在空间中的演化,但是缺乏直观形象的表征。几何光学则以光线的方式提供一种直观易理解的方法,除了广泛应用于光学系统设计之外,同样可应用于光束设计和光束传输。随着现代几何光学的发展,光线的物理意义被进一步拓展,光线表征光波有了更为广泛的应用。运用光线可直观表征光束的无衍射、自修复和自加速等特性。从基本原理出发,对现代几何光学中光线意义的发展过程、应用及研究现状进行了总结,结合基模高斯光束、无衍射光束、Airy光束、具有螺旋相位面的光束及结构高斯光束这些经典的光束例子,展示了运用光线表征及设计光束的思路。最后讨论了几何光学现存的一些问题及今后可能的研究方向。
几何光学 光线 光波传输 光束设计 激光与光电子学进展
2019, 56(23): 230003
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230026
3 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
光镊技术是激光技术的重大发明，能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应，已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展，也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁，彰显出了它独特而不可替代的作用。综述回顾了30 年来光镊理论和技术的发展，系统梳理了光镊在细胞生物学、单分子生物学、软物质胶体科学以及物理纳米科学等领域的应用，并列举典型的应用实例，探讨了光镊技术应用的特点，展望了光镊技术应用蓬勃发展的美好未来。
激光技术 光镊 皮牛顿力测量 活体细胞操控 单分子测量
1 中国科学技术大学 光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026
针对光镊系统本身噪声对测量精度的影响, 提出了一种光镊系统随机漂移误差的有效补偿方法。首先, 介绍了时间序列分析法和卡尔曼滤波技术, 基于时间序列分析法建立了光镊的随机漂移误差模型; 然后, 用基于时间序列模型的卡尔曼滤波方法来减小该漂移误差。采用提出的方法对光镊设备实测数据的误差进行了补偿, 结果表明: 数据的误差方差由补偿前的188.90 nm2减小为8.41 nm2。计算补偿前后的艾伦方差可知, 系统在平均时间为1 s时可使最小位移误差从 0.7 nm降低到0.1 nm。得到的结果显示: 提出的滤波方法有效地抑制了光镊系统的漂移误差,将其用于双光镊对准可提高捕获光和探测光的对准精度, 进而提高光镊系统的性能指标。
光镊 随机漂移 误差补偿 卡尔曼滤波 艾伦方差 optical tweezer random drift error compensation Kalman filter Allan variance
1 华侨大学信息学院， 福建 厦门 361021
2 中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
设计出以可编程控制器、伺服电机放大器、伺服电机和编码器为主要部件的可编程机械斩光器，并将其与多光镊系统相耦合，构建了胶体微粒间相互作用势测量系统。利用该系统测量聚苯乙烯球悬浮液中两个小球之间的静电相互作用势，其结果与胶体稳定理论符合，验证了系统的可靠性。该斩光器具有良好的易用性、兼容性和可移植性。并且该系统能在可控的物理化学条件下从粒子层次直接测量胶体粒子间不同类型的相互作用势，为深入研究胶体的微观机制提供了一种有效的测量手段和技术平台。
测量 相互作用势 闪烁光镊 同步斩光器 中国激光
2011, 38(12): 1208002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Anhui Key Laboratory for Optoelectronic Science and Technology, Hefei 230026, China
3 Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Hefei 230026, China
The transverse trapping forces on a dielectric sphere located at an oil-water interface are theoretically investigated with the ray-optics model. The transverse trapping forces rely on the internal property of the particle-interface system, and increase with either the decrease of three phase contact angles at the oil-water interface or the use of oil phase with low refractive index. The numerical results also show that the transverse trapping forces can be improved by either decreasing the numerical aperture of the microscope objective or shrinking the diameter of the trapping laser beam.
光镊 油-水界面 几何光学模型 140.7010 Laser trapping 080.5692 Ray trajectories in inhomogeneous media Chinese Optics Letters
2010, 8(7): 673
1 中国科学技术大学 物理系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥230026
3 中国科学技术大学 安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥230026
金属微粒由于其独特的化学以及电磁性质, 在生物医学和表面化学领域的应用越来越广泛, 利用光镊俘获金属微粒的报道也越来越多, 可操控的金属粒子尺寸也越来越小。光镊作为一种重要的捕获微小粒子的工具, 在早期多用来捕获胶体颗粒及生物细胞等透明粒子, 很少有报道用光镊来捕获像金属粒子一类的不透明粒子。综合了近年来出现的利用光镊俘获金属粒子的技术, 从原理、实验设备、实验环境等方面对现有俘获金属粒子的技术做一个全面的介绍。
光镊 金属粒子 纳米粒子 操控
1 中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
2 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
光镊技术在分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用, 光镊本身也不断发展并产生许多衍生光镊技术。利用全息元件或空间光调制器(SLM)所形成的全息光镊, 在多粒子操控方面的优势, 为光镊技术走向实用化、规模工业生产打开了新局面, 是目前光镊家族极具活力的成员。简述了全息光镊的原理及典型实验光路, 详细介绍了该技术在众多领域的最新应用进展以及潜在的应用。
光镊 全息光镊 胶体化学 粒子分选 激光与光电子学进展
2008, 45(11): 35
光镊和介电泳技术都是非侵入式微操纵技术,发展迅速,应用广泛.而不同的研究目的需要选择合适的研究手段,鉴于两种技术具有一些相似的特点而又有着不同优势,简要介绍其工作原理,从微粒的俘获、分选、旋转和相关物理量测量等方面进行比较,阐明各自优势所在,并展望光镊和介电泳技术的结合发展.
介电泳 光镊 微操纵
