表面增强光学力与光操纵研究进展

金属纳米结构在光激发下产生的表面等离激元,可导致亚波长光场局域、近场增强等效应,在表面增强光谱、超灵敏传感、微流控芯片、光学力等方面有重要的应用.对于光学力而言,首先,由于表面等离激元共振及其导致的电场增强对于入射波长、几何结构等具有较强的依赖性,而光学力又与电场分布密切相关,所以可利用光镊(会聚光束)来操纵或筛选金属纳米颗粒;其次,入射光激发金属纳米颗粒聚集体后,在间隙形成的较大的近场增强和梯度,也可看作一种“等离激元镊”,用于操纵其他颗粒;最后,当入射光的偏振改变甚至为新型光束的情况下,光学操纵将具有更高的自由度.本文首先简要介绍了表面等离激元增强光学力的计算;之后围绕光镊作用于等离激元金属纳米颗粒,等离激元镊作用于其他颗粒,与偏振、新型光场或手性结构相关的等离激元光学力这三个方面,综述了近年来表面等离激元金属纳米颗粒光学力和光操纵的一些新进展;最后提出了表面增强光学力与光操纵的若干研究趋势.

光学微操纵过程的轴平面显微成像技术

光学俘获技术利用光与物质相互作用产生的光势阱效应来实现对微粒的操控,已经成功应用于生物医学、材料科学等交叉领域.在对微粒进行三维俘获时,传统的宽场光学显微技术只能观测到某一平面内微粒的横向运动,对微粒沿轴向运动的观测受到很大限制.本文将轴平面显微成像技术引入光学微粒操控研究中,利用45?倾斜的反射镜把微粒的轴向运动信息转换到横向平面进行观测,与传统宽场显微成像技术相结合,实现了对二氧化硅小球俘获过程横向和轴向运动的同步观测.该成像方法无需扫描和数据重构,具有实时快速等优点,在新型光束光镊、厚样品三维观测和成像等领域具有潜在的应用价值.

基于光纤光镊的粒子捕获与操纵

光镊技术利用光的力学特性实现对微纳尺度物体的操纵,是研究自然科学中微观物质的重要技术手段.光纤光镊因其结构紧凑、便于集成、操作灵活、适用范围广等优点,成为广泛应用于光学捕获和光学操纵的工具.本文综述了近年来光纤光镊在微观粒子光学操纵方面的研究进展,以单模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、同轴双波导光纤为例介绍了光纤光镊对目标粒子的捕获、旋转、输运、振动等操作,列举了光纤光镊技术在温度传感、染料激光器、粒径测量和粒子输运等领域的应用,并介绍了光纤光镊技术应用于光的波粒二象性演示实验的教学成果.

杨春勇教授团队在APL Photonics发表研究成果

近期,中南民族大学电信学院杨春勇教授团队在光无线通信领域轨道角动量模式检测方向上取得新的研究进展。5月23日,团队在中科院一区top期刊APL Photonics上发表唯一通讯署名单位文章High-order OAM states unwrapping in multiplexed optical links。该文章同时被期刊编辑精选Editor's pick收录。光学轨道角动量(Orbital Angular Momentum,0AM)的发现改变了我们使用和理解光的方式。近年来,涡旋光束已被广泛应用于光通信、光学成像、量子信息处理、光学微操纵、遥感和超分辨率显微镜等领域。

多功能光学微操纵平台及应用

多功能光学微操纵平台是一种新型的微操控、微加工和微测量系统,它集成了光镊、飞秒激光光刀、显微光谱仪等多种功能。它对微小“工件”,如生物细胞、细胞器及其它微小粒子的夹持、操作和微加工都是通过光来实现的,没有任何机械接触。它具有研究个体活体,实时动态,无机械损伤,遥控,不干扰粒子周围环境等优点,可以用来进行细胞分选、细胞融合、染色体切割、细胞转基因操纵、微细手术、分子马达、微小样品光谱测量等精细操作,可以广泛应用于生物医学、材料化学、纳米科技等领域。

涡旋阵列光场与涡旋光镊技术

涡旋阵列光场不仅具有单涡旋光束的特性,而且新增了空间排列这一新的自由度,新颖的结构与特性使其在光通信、光学微操、大容量光存储等领域应用广泛.本文研究了周期性阵列光场的特性与产生,利用多束涡旋光束叠加制作单环、双环的晶格,通过模拟和实验设计制作了多种二维涡旋阵列光场,如线性排列、矩阵排列和径向排列的二维涡旋阵列光场,并分析了其结构特性.利用二维周期阵列光场与沿z轴传播的平面波相干涉,产生多种三维阵列光场,如六角型、六边螺旋型、Kagome型和Honeycomb型三维涡旋阵列光场.在应用方面进行了光镊实验,分别用涡旋波片法和全息法产生涡旋光束并应用于捕获二氧化硅微粒并驱动其旋转,实现了涡旋光束的粒子微操纵.这两种方法产生的涡旋光束均可用于光镊技术,启发我们在未来的应用中寻找更为便捷高效的光镊技术手段以提高工作效率.

光学微操纵技术及其在生物学中的应用

光学微操纵(optical micro-manipulation)是一种新型的微操控、微加工和微测量技术,它集成了激光光镊、飞秒激光光刀、显微光谱仪等多种功能。它对微小"工件",

基于空间光场调控技术的光学微操纵

光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点,自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入,传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来,空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制,极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能,促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发,综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用,重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。

利用多轴非对称结构光束的微球光学操控

设计了一种用于产生多轴非对称结构光束的新型多轴非对称指数型锥器件,器件由非对称结构和多轴结构复合而成。利用理论计算、数值模拟和实验测量方法,验证了多轴非对称结构光束在传播过程中会产生多个焦点并且具有独特的能流特性。利用这一特性设计并开展了利用聚焦多轴非对称结构光束操控聚苯乙烯荧光微球的实验,结果表明,多轴非对称结构光束使得聚苯乙烯微球在被捕获过程中表现出“加速-减速-再加速”的运动规律,与模拟计算结果一致。多轴非对称指数型锥器件及其产生的多轴非对称结构光束在药物传输、微粒筛选等领域中有着重要的应用价值。

表面等离激元光学力研究进展

当一束光照射在物质上,光子与物质发生动量交换,部分动量转移到物质,等效于对物质产生作用力,称为光学力.这一作用力非常弱,一般在pN甚至更小的量级,但一定条件下,仍足以捕获和操纵纳米、微米尺度的物体.在金属纳米结构中,由于表面等离激元共振效应,诱导的局域电场可以产生增强的光学力,可以在亚波长尺度实现光操纵,并且由此衍生出一个极具吸引力的研究方向——表面等离激元光学力.本文介绍了利用金属纳米结构进行表面等离激元光学力操纵的最新研究进展.

远场光钳与近场光钳的发展

以经典光学为基础的光钳技术(又称"光镊")在生物、物理和化学等领域得到了广泛的发展和应用,但是该技术受到高倍显微物镜的尺寸和光学衍射极限等多种因素的制约,从而限制了其进一步发展。而远场光纤光钳和近场光钳技术,从不同方面克服了传统光钳的局限。回顾了传统光钳、远场光纤光钳和近场光钳的发展,着重讨论了各种方法的工作原理、实验方法和技术性能,对这几种光钳技术进行了深入地总结和细致地比较。

光的自旋和轨道角动量

光具有由偏振性决定的自旋角动量(SAM)和由光场空间分布决定的轨道角动量(OAM)两种不同的物理性质。重点对光的自旋和轨道角动量在光束生成和变换性质、存在形式和描述方法、力学效应、空间相干性和时间相干性、角向多普勒频移效应及参量转换与量子纠缠等方面进行对比,探索它们的现象学差别,以期更好地理解光的本性,为该领域的研究提供启发和拓展思路。总结和分析了轨道角动量的最新研究成果,并展望了该领域的最新研究动态。