摆线光束的微粒等间距操控(特邀)

轨道角动量(OAM)的发现为光镊的研究开辟了新的道路。但具有OAM的光束在操纵微粒时,由于生物细胞不可能大小形状完全相同,所以当其进行旋转等操作时,粒子运动速度的不均匀会导致粒子之间的间距不可控。针对该问题,首先通过任意曲线塑形技术,并为传统摆线公式附加曲率调控参数提出了一种调控模式丰富的摆线光束,理论分析了该光束的OAM和梯度力,证明了解决上述问题的可能性。最后在实验中实现了粒子在运动过程中的启停,且成功操纵三个粒子进行等间距旋转,实验测得三个微粒在整个旋转过程中间距变化的误差可以维持在纳米级。这项工作为未来光捕获和操纵多种微粒在其他领域的应用铺平了道路,特别是在生物科学领域。

非对称动态涡旋光束对酵母菌细胞的光操纵特性

提出一种基于非对称涡旋光束的动态光镊,实验中基于计算全息技术,通过对涡旋光束的动态调控,实现了酵母菌细胞的分离与聚合,探究了非对称动态涡旋光束对酵母菌细胞的操纵特性。计算了用此光镊系统操纵酵母菌细胞时的光阱刚度,在激光器出射功率为230 mW时,光阱刚度统计均值为0.0985 pN/μm。

高阶衍射级光束的轨道角动量

为研究高阶衍射级光束的轨道角动量,基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束,并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级p上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值l都满足l=mp的关系,其中m是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究,结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足l=p的关系,高阶衍射级上的衍射光束比+1级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。

霍曼转移结构光束设计及微粒操纵(特邀)

结合光束塑形技术、坐标变换技术、傅里叶相移定理,成功产生了霍曼转移结构光束,其具备相位梯度,从而拥有在微观世界中输运粒子的能力,并且大小、结构、相位梯度,均可任意调控,在应用中可依据实际需求对光束进行相应的调整。搭建光镊实验光路,并使用霍曼转移结构光束对聚苯乙烯粒子进行了操控,其实验结果与理论相符,可以使粒子完美的沿着轨道进行输运。该研究在光学微操纵特别是粒子的变轨运输领域具有重要的意义。

多平面波干涉的光学涡旋晶格特性研究

多平面波干涉(MPWI)是产生光学涡旋晶格(OVL)的一种经典方式。通过定义波矢空间坐标系,提出了一种基于MPWI的OVL调控方法,模拟生成了四个平面波和五个平面波干涉产生的OVL,计算了其梯度力和能流分布,分析了其在微粒操纵领域中的应用。然后,通过调控其部分波矢大小和旋转波矢角度,得到了更加丰富灵活的光场分布。最终,通过分析其梯度力和能流分布,发现该调控方法可以定制适合粒子操纵的特殊光场。该研究丰富了基于MPWI的OVL的空间模式,为OVL的应用提供了新思路。