论文部分内容阅读
当光与物质相互作用时,伴随着动量的传递,表现为光对物体产生一个力的作用,称之为光的力学效应。光镊是作为演示光力学效应最好的工具,但是由于传统光镊的光路搭建复杂,操作麻烦,而且容易受到外界震动而影响实验效果,因此利用光纤的特殊结构和性质,用光纤光镊的实验方法演示光的力学效应,制作出一台结构简单,操作方便,且便于观察的光力学效应实验装置,并对其进行实验验证以及单光纤光镊的基本操作实验。基于上述制作的光力学效应实验装置,针对传统落球法测量液体粘滞系数的实验提出一种新方法,结合光辐射压原理和光干涉原理,在新研制的光力学效应实验装置上完成液体粘滞系数的测量实验。此研究旨在原有光力学效应实验系统中通过增添WDM、光纤环形器和光电探测器等的设备就可以实现该装置的多功能化,使该装置拥有更广泛的应用并获得更多的重视。本文对光力学效应实验装置的功能进行了理论和实验研究,主要工作分为以下几个方面:首先,根据光辐射压原理和光镊原理,分析光的力学效应。使用一个平端面光纤探针的结构,分析此结构下微粒所受横向力和纵向力的分布。第二,在显微镜XSP-203基础上,制作样品台和样品池,完成一台光力学效应实验装置的制造,并搭建一套简单实用的光力学效应实验装置系统。第三,利用本套实验装置系统,进行光力学效应的实验研究。通过光纤将激光投射到水中的聚苯乙烯球上,利用光纤的出射光场对聚苯乙烯球施加光辐射压力。调节光功率使得小球受到的光辐射压力和自身重力、浮力平衡,实现小球的光悬浮。可以测量光功率与小球平衡位置之间的关系,从而验证此结构的光力学效应实验装置的可行性。最后,本文基于此光力学效应装置,结合光辐射压和光干涉的原理,构建了一个新落球法测量液体粘滞系数的实验装置系统,测量实验环境下水的粘滞系数,并对实验数据结果进行不确定度分析。