华东师范大学物理与材料科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
提出了一种利用椭圆矢量空心光束实现瑞利粒子非对称操控的方案。理论计算了椭圆矢量空心光束对放置其中的瑞利粒子作用的散射力和梯度力。以实验产生的椭圆矢量空心光束作为操控光束,以乙酰苯液体中水分子团为研究对象,进行了相关粒子的囚禁动力学理论分析,采用蒙特卡罗方法进行了相关模拟。理论研究结果表明,瑞利粒子在椭圆矢量空心光束中所受散射力的大小远远小于所受梯度力的大小,选择合适的光强可以将瑞利粒子囚禁在光束非对称空心部分。
物理光学 椭圆矢量空心光束 瑞利粒子 梯度力 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 052602
1 广东技术师范学院电子与信息学院, 广东 广州 510665
2 华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
本文研究了紧聚焦的双环径向偏振(R-TEM*11)涡旋光束对瑞利粒子的捕获特性.通过调节R-TEM*11涡旋光束的截断参数β,可以在焦点附近得到中心强度较大的三维亮斑和面积较小而且被亮场包围的三维暗斑.基于瑞利散射理论,研究了该光束作用在金属微粒和空气泡粒子上的梯度力、吸收力和散射力的分布特点,讨论了粒子捕获的稳定性.结果表明:调节R-TEM*11涡旋光束的截断参数β,当β=1.1时,产生的亮焦斑可以稳定地捕获折射率较大的金属粒子;当β=1.6时,产生的暗焦斑可以稳定地捕获折射率较小的空气泡粒子.
双环径向偏振涡旋光束 辐射力 瑞利粒子 光学捕获 double-ring radially polarized vortex beam radiation force Rayleigh particle optical trap
华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
理论研究了强聚焦混合偏振矢量光束作用在瑞利粒子的辐射力,推导出混合偏振矢量光束深聚焦在焦平面处产生辐射力的计算表达式,数值模拟了焦平面附近轴向光束强度分布及数值孔径与径向系数对辐射力分布的影响.结果表明, 强聚焦混合偏振矢量光束深聚焦后在焦平面附近产生的辐射力在一定情况下能够实现对瑞利粒子的三维捕获,并且受数值孔径和径向系数的影响, 其中径向系数影响较为明显.大量数据整合结果表明当径向系数大于3时, 才能实现与光阑数值孔径相匹配, 完成对焦平面附近瑞利粒子的三维捕获.
物理光学 混合偏振 强聚焦 瑞利粒子 辐射力 Physical optics Hybridly polarized Highly focused Rayleigh particle Radiation forces
温州大学 物理与电子信息工程学院,浙江 温州 325035
采用双环形涡旋偏振光照射二元相位亚波长菲涅耳波带片的方法,实现了对高低折射率瑞利(Rayleigh)粒子的近场俘获.利用角谱理论计算了菲涅耳波带片的衍射场分布.改变入射光的截断参数(β)和涡旋角(δ),可以在菲涅耳波带片的近场区域产生亮斑和暗斑.计算发现,当β=1.09和δ=0时,在近场区域产生亚波长三维亮斑,能够稳定俘获19 nm的金粒子,金粒子的折射率大于周围介质,轴向和横向俘获距离分别为0.4921λ和 0.2844λ.当β=1.45和 δ=0.414π时,在近场区域产生光墙包围着的三维暗斑,可以将30 nm的空气泡稳定地俘获在暗斑中心,空气泡的折射率小于周围介质的折射率.两种情况计算所得的俘获距离均小于传统远场俘获系统中的距离.该系统可以用来精确俘获两类折射率不同的Rayleigh粒子.
近场俘获 折射率 菲涅耳波带片 瑞利粒子 截断参数 Near-field trapping Refractive index Fresnel zone plate Rayleigh particle Truncation parameter 光子学报
2014, 43(11): 1105001
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710032
2 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
基于偏振双向反射分布函数,从理论上推导了瑞利缺陷粒子分别位于光学表面上方和基底内部的散射场, 研究了光学表面瑞利缺陷粒子的方位诊断问题.通过对不同波长下冗余缺陷粒子位于不同方位时双向反射分布函数pp项的分析与讨论实现对缺陷位置的初步判断.结果表明, SiO2瑞利缺陷粒子位于裸基底上方时, 双向反射分布函数pp项受波长影响的敏感程度远大于位于SiO2涂覆上方时, 可以通过测量缺陷粒子对波长变化的敏感程度判断缺陷粒子的大致方位；当缺陷粒子在Si基底下方时, 方位角的凹痕出现在85°到90°之间, 当缺陷粒子在SiO2涂层下方时, 方位角的凹痕出现在70°左右, 因此, 可以根据方位角凹痕位置的不同实现对缺陷粒子方位的进一步诊断.
光散射 方位诊断 偏振双向反射分布函数 光学表面 瑞利粒子 Light scattering Position diagnosis PBRDF Optical surface Rayleigh particle
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。
衍射 光镊 激光捕获 纳米透镜 瑞利粒子
成都信息工程学院 光电技术学院, 成都 610225
使用聚焦平顶光束和平顶涡旋光束，以金为例,对金属瑞利粒子辐射力和俘获稳定性进行了分析，着重研究了拓扑电荷和光束阶数对辐射力的影响。结果表明，随着拓扑电荷和光束阶数的增大，最大光强和辐射力随之减小;平顶光束可以俘获金瑞利粒子,俘获微粒的牢固性和俘获范围随着光束阶数增大而减小，而平顶涡旋光束的梯度力不能作为回复力，因此不能俘获。最后,还讨论了不同光强分布下，俘获金属瑞利粒子时复介电常数需满足的必要条件。
光学俘获 辐射力 平顶光束 平顶涡旋光束 金属瑞利粒子 optical trapping radiation force flattopped beam flattopped vortex beam metallic Rayleigh particle
1 成都信息工程学院 光电技术学院, 成都 610225
2 四川大学 激光物理与化学研究所, 成都 610064
使用聚焦部分相干高斯谢尔涡旋光束, 对不同折射率的瑞利粒子的辐射力做了分析, 着重研究了相关长度和束腰宽度对辐射力和俘获稳定性的影响。结果表明: 相关长度和束腰宽度分别存在临界值, 相干长度小于等于其临界值或束腰宽度大于等于其临界值时, 可利用其俘获相对折射率大于1的微粒; 而在相关长度大于其临界值或束腰宽度小于其临界值时, 可利用其俘获相对折射率小于1的微粒。对俘获稳定性的分析表明, 需选择适当的相关长度和束腰宽度才能稳定俘获瑞利粒子。
辐射力 部分相干涡旋光束 瑞利粒子 相干长度 束腰宽度 光学俘获 radiation force partially coherent vortex beam Rayleigh particle correlation length waist width optical trapping
山东师范大学物理与电子科学学院， 山东 济南 250014
基于电磁模型，数值计算了瑞利粒子在贝塞尔光束中所受横向光阱力，给出了粒子所受横向力与粒子的半径、折射率和波长的关系。结果表明，与高斯光束形成的光阱相比，贝塞尔光束既能捕获高折射率粒子也能捕获低折射率粒子，并且有多个平衡位置，因此应用更为广泛。
瑞利粒子 横向力 贝塞尔光束 Rayleigh-particle transverse force Bessel beam
