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随着激光技术的迅速发展,利用激光产生的光辐射力进行粒子操控的技术已经被广泛地应用在物理、化学、医学和生命科学等领域。在众多的激光微操控技术中,“光镊”(Optical tweezers)是备受关注的一种。它利用高度聚焦光束的动力学效应对处于光场中的粒子进行俘获、分类和引导。光镊技术具有无污染,无损伤的特点,它已经成为操控活体生物粒子的重要研究手段。除了光镊技术以外,微针、AFM、电泳、磁镊等微操控技术也具有独特的应用优势。因此,激光微操控技术受到了研究者的广泛关注。物理学家们分别从理论和实验上研究了平面波和紧聚焦高斯光束对微观粒子的捕获与操控。与传统光束相比,紧聚焦情况下的矢量光束具有独特的聚焦性质和丰富的调控手段,在光学微操控领域具有广泛的应用前景。本文中,我们从理论上分别研究了紧聚焦情况下的矢量Airy光束产生的光辐射力和波导消逝场产生的光辐射力对粒子的捕获和操控。本文的主要内容包括: 1.基于矢量衍射场理论,研究了紧聚焦情况下矢量Airy光束的聚焦场性质。紧聚焦矢量Airy光束具有突然自聚焦效应和无衍射效应。通过对入射场的调控,对于旋向偏振Airy光束,我们得到了聚焦深度约为120λ,聚焦孔径约为0.6λ的超长暗场通道。对于径向偏振Airy光束,我们得到了聚焦深度约为140九,半幅宽度约为0.8λ的“针形”光束。 2.通过对聚焦场的调控,发现径向偏振Airy光束具有四种有利于瑞利粒子操控的光场分布形态,即突然自聚焦光束、“光学囚笼”、“双聚焦环”、“针形光束”。突然自聚焦光束能同时捕获焦点前后两个不同位置处的粒子。“光学囚笼”能够在焦点处囚禁低折射率的粒子,同时在焦点附近区域捕获高折射率的粒子。“双聚焦环”能够在聚焦光环上同时捕获多个粒子。“针形”光束能够实现长距离的粒子输运。 3.系统地介绍了考虑界面多重散射效应时,米氏粒子受到的光辐射力的计算理论。采用反射矩阵来描述粒子与界面之间的相互作用可以得到准确解。采用垂直入射近似,只能得到近似解。通过计算,我们对比了不同入射角度时的准确解和近似解。可以发现,当光束入射角较小的时候,采用垂直入射近似得到的结果与准确解的差别很小,即垂直近似可以准确的描述多重散射效应。当光束入射角度超过临界角时,近似解与精确解的差别很大,必须采用准确解来描述多重散射效应。 4.研究了多重散射效应对波导消逝场光辐射力的影响。研究发现,发生结构共振时,多重散射效应对光辐射力的影响较大。在考虑多重散射的情况下,实现了波导消逝场对波导附近的介质小球和介质球壳的光辐射力的准确计算。通过计算发现,随着球壳厚度的变化,介质球壳会发生形态依赖共振。并且,球壳外径越大,球壳形态依赖共振峰的数目越多,以此实现对不同厚度的球壳的分类筛选。