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鸟喙形环形芯光纤光镊粒子捕获受力分析 被引量:8

Analysis of Trapping Force of Beak-Shaped Optical Tweezers with Annular Core Fibers for Particles
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摘要 设计了一种具有鸟喙形的环形芯光纤光镊结构,并通过理论仿真进行研究。应用有限元法仿真光镊的光场强度分布,并对比了不同弯曲条件下光镊的光场图,结果表明,弯曲结构显著增强了光纤侧边的倏逝场强度。采用麦克斯韦应力张量法计算光镊对粒子的捕获力,并对比锥形光纤,分析鸟喙形光纤光镊的弯曲半径与捕获力的关系,以及粒子半径与捕获力的关系。结果证实鸟喙形环形芯光纤光镊不仅可以在尖端捕获粒子,还可以在侧边捕获、运输粒子。所提出的新型光纤光镊可应用于细胞生物学辅助研究领域。 In this paper,a beak-shaped optical tweezer with annular core fibers is designed and studied by theoretical simulation.The finite element method is used to simulate the optical field intensity distribution of the optical tweezers,and the optical field images of the optical tweezers under different bending conditions are compared.The results show that bending deformation increases the light intensity of the side evanescent field.The Maxwell stress tensor method is used to analyze and calculate the trapping force of the optical tweezers for particles.The new tweezers are compared with the conical optical fibers to analyze the relationship between the bending radius and the trapping force,as well as between the particle radius and the trapping force.The results show that the designed optical tweezers can not only capture particles at the tip but also capture and transport particles at the side.The new optical tweezers can be applied to auxiliary research on cell biology.
作者 申泽 成煜 邓洪昌 苑立波 Shen Ze;Cheng Yu;Deng Hongchang;Yuan Libo(Photonics Research Center,School of Electronic Engineering and Automatiori,Guilin University of Electronic Technology,Guilin,Guangxi 5A100A,China)
出处 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第18期58-63,共6页 Acta Optica Sinica
基金 国家重点研发项目(2019YFB2203901) 国家自然科学基金面上项目(61975038,61675052) 广西研究生教育创新计划资助项目(YCSW2019146)。
关键词 几何光学 光镊 有限元法 倏逝场 麦克斯韦应力张量法 geometric optics optical tweezers finite element method evanescent wave Maxwell stress tensor method
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