辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010203
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(1): 010201
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 合肥微尺度国家研究中心, 安徽 合肥 230026
光同时具有自旋和轨道角动量属性, 它们分别与光的偏振和相位分布相关。在傍轴条件下, 光的自旋和轨道角动量在自由空间传输过程中是相互独立且各自守恒的。而在非傍轴条件下, 如紧聚焦或者散射光场中, 光的自旋与轨道角动量之间会发生相互耦合和转化。其中, 紧聚焦场中自旋与轨道角动量的相互作用由于广泛涉及光学捕获、显微和探测等应用领域, 近年来受到广泛关注。综述了紧聚焦场中自旋、轨道角动量理论计算方法, 自旋-轨道角动量相互作用与入射结构光场的关系以及最新的相关应用研究进展。
傅里叶光学 紧聚焦 自旋角动量 轨道角动量 自旋- 轨道角动量相互作用 光捕获 Fourier optics tight focusing spin angular momentum orbital angular momentum spin-orbital angular momentum interaction optical trapping
中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥230026
动物活体环境下单细胞的光操控对于研究细胞的结构和功能，细胞与组织之间的相互作用，以及细胞病变机理、血栓形成机制和肿瘤细胞迁移等生物医学问题具有重要意义。2013年，光镊技术首次应用于活体动物内单细胞的捕获和操控，开辟了活体动物内光学操控新领域。本文就该领域涉及的活体操控技术及近来取得的重要研究进展进行概述，简要分析了实现深度组织内细胞操控所遇到的技术瓶颈并讨论了解决方案。
光镊 活体动物 细胞 深度组织 optical tweezers living animals cells deep tissue
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
We experimentally demonstrate that optical tweezers can be used to accelerate the self-assembly of colloidal particles at a water–air interface in this Letter. The thermal flow induced by optical tweezers dominates the growth acceleration at the interface. Furthermore, optical tweezers are used to create a local growth peak at the growing front, which is used to study the preferential incorporation positions of incoming particles. The results show that the particles surfed with a strong Marangoni flow tend to fill the gap and smoothen the steep peaks. When the peak is smooth, the incoming particles incorporate the crystal homogeneously at the growing front.
140.7010 Laser trapping 350.4855 Optical tweezers or optical manipulation 230.5298 Photonic crystals Chinese Optics Letters
2017, 15(5): 051401
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 合肥微尺度物质科学国家实验室,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 物理系,安徽 合肥 230026
3 安徽省光电子科学与技术重点实验室,安徽 合肥 230026
利用倾斜放置于光镊光路中的旋转玻片对激光束进行斩波可以实现分时复用多光阱。详细讨论了光镊光路中引入玻片后,光阱位置的变化随玻片位置、厚度以及倾斜角度等因素的变化关系。设计了可以加载不同厚度玻片的8孔转盘,通过直流电机带动转盘旋转实现玻片对激光束的机械斩波,进而获得分时复用多光阱。利用分时复用多光阱实现了两个、三个不同大小聚苯乙烯小球的稳定捕获,通过改变玻片倾角可以改变光阱之间的距离,实现对捕获小球距离的控制。给出了分时复用多光阱的初步结果,从实验上证实了方法的可行性。
激光光学 光镊 多光阱 分时复用 旋转玻片
1 中国科学技术大学,理学院,安徽,合肥,230026
2 中国科学技术大学,信息学院,安徽,合肥,230026
提出了运用BP神经网络法对光镊力的测量和标定进行非线性修正.针对BP算法收敛慢的缺点,采用LM算法改进BP神经网络算法.结合常用的流体力学法进行了实验研究,证实了所提出的方法使光镊力的测量范围扩大了30%.与多项式拟合方法相比,该方法的精度更高.研究结果表明,采用神经网络算法在不需增加或更换实验设备的前提下,可以有效地提高光镊系统的性能指标.
光镊 BP神经网络 非线性修正
