【摘 要】
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光镊是一种光学捕获微纳物体的重要技术手段,通过光与物质间的动量传递,在光场中形成三维势阱对微粒进行稳定地捕获。光镊无损害、无接触的特点使得它能够在生物、医学、物理等领域发挥着重要作用。然而传统光镊有着存在衍射极限、捕获精度低(微米量级)、光路复杂等缺陷。表面等离激元是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁振荡,能够突破衍射极限。在垂直于金属-电介质交界面的方向上,表面等离激元的强度
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光镊是一种光学捕获微纳物体的重要技术手段,通过光与物质间的动量传递,在光场中形成三维势阱对微粒进行稳定地捕获。光镊无损害、无接触的特点使得它能够在生物、医学、物理等领域发挥着重要作用。然而传统光镊有着存在衍射极限、捕获精度低(微米量级)、光路复杂等缺陷。表面等离激元是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁振荡,能够突破衍射极限。在垂直于金属-电介质交界面的方向上,表面等离激元的强度呈指数型衰落,在将光能量限制在亚波长范围内的同时能够得到增强的局域场强。以上特性使得表面等离激元光镊在捕获纳米量级的粒子上有着极大的优势。因此,本文提出一种表面等离激元透镜光镊,主要工作内容与创新点如下:1、采用一维表面等离激元透镜的结构,在金属层表面形成强聚焦的表面等离激元场。利用表面等离激元突破衍射极限和强局域场的特点,对金纳米粒子进行捕获。计算了光场作用在金纳米颗粒上的梯度力、散射力以及生成的捕获势阱,计算结果表明梯度力远大于散射力,势能在三个方向上都满足稳定捕获的条件,该透镜光镊能够实现对目标粒子的三维捕获。2、利用入射光之间的初始相位差,以及不同的倾斜角度,对光场进行调控。两种方法都在一维方向上实现了对表面等离激元干涉条纹位置的精确调控,并且在一定范围内可达到稳定捕获的标准,可应用于精确空间内的微粒操控。此外,还分析了在不同入射光波长、介质环境、透镜折射率时捕获稳定性的变化。3、使用二维表面等离激元透镜光镊的结构,在提高聚焦光场强度的同时还实现了干涉条纹位置在二维平面上的动态调控,使得对微粒的操控更为灵活与可控。研究结果表明,二维透镜光镊生成的中心焦点强度增强了1.79倍。相应地,得到了更强的梯度力与捕获势能。当初始相位差发生360°的变化,光场中心焦点可移动280 nm的距离,并且始终保持着可以稳定捕获目标微粒的势阱深度。
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