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专利号: 2020114272327
申请人: 山东师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 核物理;核工程
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,包括:特殊关联结构、粒子捕获模块和成像模块;

所述特殊关联结构产生部分相干光束入射到粒子捕获模块,通过所述粒子捕获模块对部分相干光束进行强聚焦,光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱,所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获,并在成像模块上进行显示,同时通过调控部分相干光束构建模块对粒子进行操纵。

2.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述特殊关联结构包括:依次设置氦氖激光器、光束扩展仪、线偏振片、空间光调制器、第一圆孔、薄透镜、第二圆孔、准直透镜、高斯振幅滤波片;

所述氦氖激光器产生单色激光束,经过光束扩展仪,然后再经过线偏振片投射到空间光调制器上,接着穿过第一圆孔的光经过薄透镜再穿过第二圆孔,依次经过准直透镜和高斯振幅滤波片产生部分相干光束。

3.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述空间光调制器是一个用计算机全息法设计的相位光栅。

4.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述第一圆孔筛选全息图的一级衍射图样。

5.根据权利要求2所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述第二圆孔用于移除额外光线。

6.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述粒子捕获模块为焦透镜,部分相干光束通过焦透镜会形成稳定的光学势阱,所述光学势阱对粒子进行捕获。

7.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述成像模块为计算机。

8.根据权利要求1所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,所述部分相干光束为拉盖尔非均匀关联光束。

9.一种部分相干光束捕获和操纵粒子的方法,采用权利要求1‑8任一项所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的装置,其特征在于,将一束特殊关联结构的部分相干光通过透镜进行强聚焦,光束会在焦点附近形成多个不同性质的稳定的光学势阱,所述光学势阱同时在多个位置对不同折射率的粒子进行捕获,同时通过调节特殊关联结构对粒子进行操纵。

10.根据权利要求9所述的部分相干光束捕获和操纵粒子的方法,其特征在于,部分相干光束通过特殊关联结构的近轴传播用柯林斯积分公式表示,通过透镜聚焦传输时,根据广义惠更斯—菲涅尔衍射积分,传输到任意z平面处的交叉谱密度函数为:其中, 是传播面的任意两个坐标矢量,z是传播距离,λ是光波长,k是波数,i是虚数单位;

通过透镜传输的传输矩阵为:

将式(2)代入到式(1)中,当ρ1=ρ2时,得到光束的光强S(ρ,z)=W(ρ,ρ,z);

光辐射力是由入射光被一个粒子作为一个整体散射时,光子与微粒之间的动量交换而产生的,辐射力分为散射力和梯度力,可分别表示为:其中 nr=np/nm,nr为粒子的相对折射率,a0为粒子半径, 为光束出射面光强;

利用拉盖尔非均匀关联光束对粒子的散射力和梯度力进行计算,用拉盖尔非均匀关联光束对粒子进行多位置同时捕获不同折射率的粒子,并通过调控其关联结构对捕获的粒子进行操纵。