针对双光束光阱轴向光阱刚度小、捕获稳定性差的缺点,提出利用四光束光阱捕获和操控微粒。采用射线模型对比分析了双光束光阱与四光束光阱在力学特征上的差异,设计制备了四光束光阱芯片。用其捕获半径为5 μm的聚苯乙烯微球,并采用均方位移法对其轴向光阱刚度进行标定。仿真和实验结果均表明,四光束光阱中轴向光阱的刚度与双光束光阱的横向光阱刚度相当,且远大于双光束光阱的轴向光阱刚度。四光束光阱在保持双光束光阱横向捕获稳定性的同时,提高了轴向捕获稳定性,对微纳颗粒的稳定操控有重要意义。

空间引力波探测中为实现引力波信号科学测量, 卫星发射到预定轨道后需首先完成百万公里级激光链路的构建。同时为保证引力波信号不会被激光指向噪声淹没, 激光指向稳定性需达到nrad/Hz量级。为此需设计一套复杂而精密的激光指向调控方案。本文以太极计划为背景, 详细阐述了可采用的指向调控方案。拟将整个过程将分为两个阶段, 首先进行激光捕获过程, 在该过程中, 使用星敏感器(STR)与电荷耦合器件(CCD)作为辅助捕获探测器, 将激光指向不确定区域控制到μrad量级。之后进行激光精密指向过程, 利用差分波前敏感测角(DWS)技术对激光指向稳定性进行控制。根据太极计划要求, 对各阶段捕获探测器提出了视场及精度要求, 并论述了采用DWS技术实现精密指向的可行性。相关结论可为未来的验证实验奠定理论基础, 对太极计划指向系统构建提供参考。

提出了一种基于非正交二元相位板的阵列光镊系统,此系统可以实现对非正交排列的多个粒子的稳定捕获。通过对高数值孔径物镜在紧聚焦条件下的傅里叶变换理论和遗传算法来设计二元相位,优化得到具有不同分束比的,具有高衍射效率、高均匀度的归一化相位转折点,进而根据相位转折点设计出具有不同倾斜角度的非正交二元相位板。利用此二元相位板可以获得高数值孔径物镜聚焦下的各种非正交分布的阵列光斑。利用此类非正交阵列光斑,在光镊实验中实现了对二氧化硅微球的稳定捕获。理论模拟与实验结果表明,此方法可以实现对非正交排列的大量粒子的稳定捕获,在纳米粒子阵列的外延生长领域有着良好的应用前景。

提出用纳米光学透镜替代传统光镊装置中的大数值孔径几何光学透镜来捕获瑞利粒子的设想，基于电磁场时域有限差分方法计算了平面波经过纳米透镜后的衍射光场，并结合点偶极子近似计算了瑞利粒子在透镜衍射光场中的受力。研究结果表明，与传统光镊最好的情况（焦斑接近衍射极限）相比，本方案的捕获效率、稳定捕获区长度和光镊的品质因子都有很大程度的改善，尤其是出现在纳米透镜两侧的捕获区，对瑞利粒子的捕获效率和品质因子可提高2～3个量级，而且捕获粒子的受力具有强偏振相关性（不同于传统光镊），可用来实现粒子的旋转操作。

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。光镊即单光束梯度力光阱是通过在高度会聚的激光束束腰附近所产生的极高的场强梯度来形成皮牛顿量级的力，可以三维地捕获和操纵微小粒子。阐述了激光捕获技术的模型和原理以及系统的基本结构；追踪了激光捕获技术的最新研究进展；介绍了非高斯型光阱、光纤光阱和全息光镊等几种特殊形式，并分析了每种形式的特点。展望了激光捕获技术的发展前景。