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光镊技术的研究现况 被引量：40
1
作者 李银妹 龚雷 +5 位作者 李迪 刘伟伟 钟敏成 周金华 王自强 姚焜 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-20,共20页
光镊技术是激光技术的重大发明,能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应,已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展,也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁,彰显出了它独特而不... 光镊技术是激光技术的重大发明,能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应,已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展,也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁,彰显出了它独特而不可替代的作用。综述回顾了30年来光镊理论和技术的发展,系统梳理了光镊在细胞生物学、单分子生物学、软物质胶体科学以及物理纳米科学等领域的应用,并列举典型的应用实例,探讨了光镊技术应用的特点,展望了光镊技术应用蓬勃发展的美好未来。 展开更多
关键词 激光技术 光镊 皮牛顿力测量 活体细胞操控 单分子测量
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单个鼻咽癌细胞的拉曼光谱分析的研究 被引量：20
2
作者 姚辉璐 朱淼 +4 位作者 王桂文 彭立新 何碧娟 何敏 黎永青 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1761-1764,共4页
利用激光镊子拉曼光谱系统研究了鼻咽癌细胞株和正常人鼻咽部气道上皮细胞株的单个细胞的拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测3个点。结果显示:正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱有显著差异:正常的细胞光谱强度比癌细胞的明显要高;正常细胞... 利用激光镊子拉曼光谱系统研究了鼻咽癌细胞株和正常人鼻咽部气道上皮细胞株的单个细胞的拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测3个点。结果显示:正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱有显著差异:正常的细胞光谱强度比癌细胞的明显要高;正常细胞的1304和1336 cm-1处峰的强度比值为1.05,癌细胞的为1.22。用PCA主成分分析和DFA判别分析分别对单个细胞的平均光谱和不同位置所取得的单独光谱进行分析,结果发现:PCA和DFA均可以把癌细胞和正常细胞正确区分,对于单独光谱,DFA的效果更好一些。同时还发现同一个细胞中不同的光谱位置对PCA和DFA的区分度影响不是很大;PCA和DFA的图中还表明癌细胞的均匀度要比正常细胞的差。以上的研究均表明:激光镊子拉曼光谱可以成为区别正常鼻咽细胞和鼻咽癌细胞的有效手段。 展开更多
关键词 拉曼光谱 鼻咽癌 光镊 主成分分析 判别分析
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光阱中的CaCO_3晶体微粒的光致旋转 被引量：17
3
作者 孙玉芬 李银妹 楼立人 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期315-318,共4页
从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程,讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理,并在纳米光镊装置上利用线偏振He Ne激光器(633 nm,10 mW)形成了光镊光阱,利用1/4波片来改变光镊光束的... 从理论上分析了偏振光束与双折射晶体粒子的相互作用过程,讨论了由于光束自旋角动量向晶体粒子的传递所导致的光致旋转效应的原理,并在纳米光镊装置上利用线偏振He Ne激光器(633 nm,10 mW)形成了光镊光阱,利用1/4波片来改变光镊光束的偏振状态,在不同的椭圆偏振状态下实现了直径约为几微米的CaCO3 晶体微粒的捕获和光致转动.同时利用CCD相机和四像限探测器(QD)测量了粒子光致旋转的转动频率,研究了粒子的旋转频率随激光功率的变化关系.结合实验结果从理论上详细讨论了粒子自身的性质,如厚度、半径和晶体粒子的光轴取向等因素对粒子光致旋转转动速度与激光功率关系的影响. 展开更多
关键词 激光光学 光致旋转 光镊 自旋角动量 偏振光 双折射
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飞秒激光光镊横向光学力的理论分析 被引量：11
4
作者 毛方林 邢岐荣 +4 位作者 王锴 郎利影 李术新 柴路 王清月 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期513-516,共4页
旨在将飞秒激光脉冲序列视为对连续光的周期抽样结果 ,分析飞秒激光脉冲序列作为光镊光源捕获电介质微粒时产生的横向光学力 ,并给出受光微粒所受横向光学势阱力的理论模型及计算公式 数值计算结果表明 ,飞秒激光脉冲所产生的横向光学... 旨在将飞秒激光脉冲序列视为对连续光的周期抽样结果 ,分析飞秒激光脉冲序列作为光镊光源捕获电介质微粒时产生的横向光学力 ,并给出受光微粒所受横向光学势阱力的理论模型及计算公式 数值计算结果表明 ,飞秒激光脉冲所产生的横向光学力能抵消由于布朗运动引起的微粒中心偏移的影响 。 展开更多
关键词 激光技术 飞秒激光 光镊 横向光学力
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单个血小板的拉曼光谱分析 被引量：16
5
作者 王桂文 姚辉璐 +2 位作者 何碧娟 彭立新 黎永青 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1347-1350,共4页
利用波长为785 nm的激光束构建光镊拉曼光谱系统,俘获悬浮在生理盐水中的人和三种动物(家猪、大鼠、家兔)的单个血小板,激发并收集其拉曼光谱。单个血小板的平均拉曼光谱信号清楚地反映了血小板的生化组成特点,人血小板的拉曼光谱与三... 利用波长为785 nm的激光束构建光镊拉曼光谱系统,俘获悬浮在生理盐水中的人和三种动物(家猪、大鼠、家兔)的单个血小板,激发并收集其拉曼光谱。单个血小板的平均拉曼光谱信号清楚地反映了血小板的生化组成特点,人血小板的拉曼光谱与三种动物的明显不同,1 524 cm-1是人类血小板所特有的拉曼信号峰,而1 157 cm-1在人类中显著高于三种动物的,人类血小板的平均I1 157/I1 003为0.795,而家猪、大鼠、家兔的分别为0.532,0.502,0.485。多元统计分析结果显示,不同物种血小板的拉曼信号落入不同的空间,可以判别区分。上述结果表明,单个血小板的拉曼光谱基本反映了血小板的主要组成成分,结合多元统计分析可以用于辨别不同的物种的血小板,光镊拉曼光谱系统是实时研究细胞生理、生化变化的快速简便而有效的工具。 展开更多
关键词 光镊 拉曼光谱 血小板
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干涉理论对bottle beam的描述 被引量：20
6
作者 曾夏辉 吴逢铁 刘岚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期791-797,共7页
对轴棱锥产生的贝塞尔光聚焦特性的描述,我们提出一种有别于惠更斯-菲涅耳衍射积分理论的解析表达.这种解析表达基于干涉理论的基础,它能够模拟计算出聚焦透镜置于最大准直距离之外以及在聚焦透镜焦平面以后的光束行为,能够更好地描述bo... 对轴棱锥产生的贝塞尔光聚焦特性的描述,我们提出一种有别于惠更斯-菲涅耳衍射积分理论的解析表达.这种解析表达基于干涉理论的基础,它能够模拟计算出聚焦透镜置于最大准直距离之外以及在聚焦透镜焦平面以后的光束行为,能够更好地描述bottlebeam的形成过程,这些结果用衍射积分理论是得不到的.我们还得到了与Wei用几何光学分析所得出的当z0<f<zmax将产生hollowbeam的不同结论.所有理论计算结果都得到实验的有力验证. 展开更多
关键词 BOTTLE BEAM 贝塞尔光 轴棱锥 光镊
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全息光镊-光镊家族中极具活力的成员 被引量：17
7
作者 任煜轩 周金华 +1 位作者 吴建光 李银妹 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2008年第11期35-41,共7页
光镊技术在分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用,光镊本身也不断发展并产生许多衍生光镊技术。利用全息元件或空间光调制器(SLM)所形成的全息光镊,在多粒子操控方面的优势,为光镊技术走向实用化、规模工业生... 光镊技术在分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用,光镊本身也不断发展并产生许多衍生光镊技术。利用全息元件或空间光调制器(SLM)所形成的全息光镊,在多粒子操控方面的优势,为光镊技术走向实用化、规模工业生产打开了新局面,是目前光镊家族极具活力的成员。简述了全息光镊的原理及典型实验光路,详细介绍了该技术在众多领域的最新应用进展以及潜在的应用。 展开更多
关键词 光镊 全息光镊 胶体化学 粒子分选
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双层介质球体所受光作用力的分析与计算 被引量：9
8
作者 姚新程 李兆霖 +1 位作者 程丙英 张道中 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第10期1305-1310,共6页
计算了双层介质球体的光作用力。结果表明 ,双层结构内外层相对折射率和相对厚度的变化都将影响光作用力的大小。特别是当内层折射率大于外层折射率时 ,减小内层半径可得到一较小区域 ,在此区域光镊系统刚度将得到有效提高 ,可实现对双... 计算了双层介质球体的光作用力。结果表明 ,双层结构内外层相对折射率和相对厚度的变化都将影响光作用力的大小。特别是当内层折射率大于外层折射率时 ,减小内层半径可得到一较小区域 ,在此区域光镊系统刚度将得到有效提高 ,可实现对双层介质球体的稳定束缚 ;而当内层折射率小于外层折射率时 ,随内层半径的减小 ,介质小球可能有两个稳定平衡点出现。 展开更多
关键词 光镊 光作用力 梯度力 散射力 双层介质球体
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光捕获和光操控研究进展 被引量：17
9
作者 李宝军 辛洪宝 +1 位作者 张垚 雷宏香 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期224-233,共10页
光捕获和光操控是一种通过光镊、倏逝波、光泳或光热等对微纳尺度颗粒、生物大分子和细胞等微小物体进行非接触、无损伤捕获和操控的方法和技术。详细归纳和总结了国际上在光捕获和光操控方面的研究进展和最新动态,分析了其今后的研究... 光捕获和光操控是一种通过光镊、倏逝波、光泳或光热等对微纳尺度颗粒、生物大分子和细胞等微小物体进行非接触、无损伤捕获和操控的方法和技术。详细归纳和总结了国际上在光捕获和光操控方面的研究进展和最新动态,分析了其今后的研究发展方向。 展开更多
关键词 光捕获 光操控 光镊 光泳 倏逝波
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基于纯相位液晶空间光调制器的全息光学捕获与微操纵 被引量：18
10
作者 梁言生 姚保利 +3 位作者 马百恒 雷铭 严绍辉 于湘华 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期68-74,共7页
在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上,提出一种改进的快速三维GS算法获取目标场的全息图(CGH)并用于全息光镊系统中,从理论和实验上充分证明了该算法的快速性和有效性。实验搭建了一套基于纯相位液晶空间光调制器(SLM)的全息光镊系... 在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上,提出一种改进的快速三维GS算法获取目标场的全息图(CGH)并用于全息光镊系统中,从理论和实验上充分证明了该算法的快速性和有效性。实验搭建了一套基于纯相位液晶空间光调制器(SLM)的全息光镊系统,实现了对酵母菌细胞和二氧化硅小球等微粒的多光阱、多平面三维稳定捕获和动态操纵。实验上还产生了具有强度梯度的线状光阱和光学涡旋光阱,实现了对微粒的运输和旋转操纵。这种可以对微粒实现多光阱、多平面动态三维操纵的全息光镊系统为生物、胶体物理等研究提供了一种新的微操纵工具。 展开更多
关键词 全息 光学捕获 光镊 GS算法 计算机产生全息图
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外周血中单个网织红细胞与小淋巴细胞的拉曼光谱 被引量：16
11
作者 艾敏 刘军贤 姚辉璐 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期1043-1048,共6页
为了在外周血中准确区分大小相近的网织红细胞和小淋巴细胞,采用光镊与拉曼光谱结合的单细胞技术。研究发现大鼠血液中单个网织红细胞和小淋巴细胞的光谱形态相差很大,主要体现在以下位置:1212,1548,1607,1616,1001,1661 cm^(-1)(以上... 为了在外周血中准确区分大小相近的网织红细胞和小淋巴细胞,采用光镊与拉曼光谱结合的单细胞技术。研究发现大鼠血液中单个网织红细胞和小淋巴细胞的光谱形态相差很大,主要体现在以下位置:1212,1548,1607,1616,1001,1661 cm^(-1)(以上与蛋白质相关),1584 cm^(-1)(与核酸相关)。通过分析部分特征峰,证明小淋巴细胞相对于网织红细胞而言,所含有的核酸含量高,蛋白质含量少。通过主成分分析和判别分析两种统计方法进行分析,均可完全区分这两种细胞。通过上述分析,得到了一种光谱学上快速、准确地区分外周血中网织红细胞和小淋巴细胞的方法,同时也为在现代生物医学研究血细胞提供一种识别依据和手段。 展开更多
关键词 光谱学 区分网织红细胞与白细胞 拉曼光谱分析 光镊 单细胞
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应用光学微操作技术分选单条水稻染色体 被引量：7
12
作者 王浩威 刘晓辉 +3 位作者 李银妹 韩斌 楼立人 王康俊 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期50-56,共7页
报道了一种基于光镊技术的实用的单条染色体分选技术。具体介绍了用光镊与光刀结合,并辅以微吸管分选水稻单条染色体的过程。通过该方法得到的水稻单条染色体样品经过分子克隆,制备出了染色体特异的DNA片段并用于水稻基因组测序工作。... 报道了一种基于光镊技术的实用的单条染色体分选技术。具体介绍了用光镊与光刀结合,并辅以微吸管分选水稻单条染色体的过程。通过该方法得到的水稻单条染色体样品经过分子克隆,制备出了染色体特异的DNA片段并用于水稻基因组测序工作。还将光学微操作技术与现有的几种分选单条染色体的方法(如玻璃微针挑取、激光弹射以及流式细胞仪等)进行了比较。与这些方法相比,光学微操作方法具有液相环境中分离、操作简易、对染色体损伤小、选择性高、无污染等优点。 展开更多
关键词 光镊 光刀 染色体 基因组 光学微操作技术 水稻
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利用飞秒激光光镊捕获生物细胞 被引量：11
13
作者 王锴 邢岐荣 +4 位作者 毛方林 郎利影 王专 柴路 王清月 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1480-1483,共4页
采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞(RBC)的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810 nm、脉冲宽度40 fs和重复频率为100 MHz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续(... 采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞(RBC)的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810 nm、脉冲宽度40 fs和重复频率为100 MHz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续(CW)激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。 展开更多
关键词 光镊 飞秒激光 Q值 血红细胞(RBC)
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多棱锥镜产生多光束干涉场的理论和实验研究 被引量：14
14
作者 雷铭 姚保利 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期757-762,共6页
提出了一种使用多棱锥镜和多棱台镜产生多束相干光形成二维和三维光学格子的方法。理论分析和数值模拟了多束轴对称平面波干涉产生的二维及三维点阵结构的特性,得到了光场分布随光束数增加的关系,发现随着干涉光数目的增加,干涉场会复... 提出了一种使用多棱锥镜和多棱台镜产生多束相干光形成二维和三维光学格子的方法。理论分析和数值模拟了多束轴对称平面波干涉产生的二维及三维点阵结构的特性,得到了光场分布随光束数增加的关系,发现随着干涉光数目的增加,干涉场会复杂变化,当棱锥棱数足够多近似于一个圆锥时,干涉场会变为同心圆结构的贝塞尔光束的场分布。实验上使用多棱锥和多棱台镜进行了多光束干涉实验,得到了多束轴对称平面波干涉形成的光学格子,将数值模拟与实验结果进行了比较,二者完全吻合。 展开更多
关键词 光电子学 光子晶体 干涉 光学格子 棱锥镜 光镊
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光镊技术中的纳米位移探测及其测量误差讨论 被引量：14
15
作者 陈洪涛 李银妹 +3 位作者 楼立人 孙黎 张达 龚錾 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期729-734,共6页
光镊系统可以实现微米粒子的纳米精度位移测量 ,对该测量装置和方法及各种误差来源进行了分析。着重讨论了动态图像分析法 ,包括灰度重心法和新发展的幂次重心法、二次曲线拟合法。提出了一种对图像分析法进行评估的数值模拟方法 ,对这... 光镊系统可以实现微米粒子的纳米精度位移测量 ,对该测量装置和方法及各种误差来源进行了分析。着重讨论了动态图像分析法 ,包括灰度重心法和新发展的幂次重心法、二次曲线拟合法。提出了一种对图像分析法进行评估的数值模拟方法 ,对这三种算法引起的误差进行了数值模拟。结果表明 ,方法误差与随机噪声的性质有关 :在本底噪声为主时 ,二次曲线拟合法精度高 ,计算量小。用四像限探测器和图像分析法对固定的微米小球进行了位置测量 ,二者的标准偏差分别为 1nm和 0 .3nm。在纳米精度的位移测量的基础上 ,可以实现光阱刚度的测量 ,并进而测量了微米小球所受到的亚皮牛顿力。基于位移和刚度的精密测量 ,微小力的测量可以达到飞牛顿量级。 展开更多
关键词 光电子学 纳米位移 光镊 皮牛顿力 数据处理 测量误差
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高斯波束对双层粒子的辐射俘获力 被引量：15
16
作者 韩一平 杜云刚 张华永 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期4557-4562,共6页
从广义米理论出发,将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论,得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式,并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内... 从广义米理论出发,将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论,得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式,并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内外层相对厚度对俘获情况的影响. 展开更多
关键词 辐射俘获力 多层球形粒子 光镊 高斯波束
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全息光镊在生物学研究中的应用 被引量：15
17
作者 梁言生 姚保利 雷铭 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期257-272,共16页
作为一种非侵入式的高精度微操控和力传感工具,光镊已被广泛应用于生命科学领域的研究。全息光镊利用空间光调制器调控光场,可以灵活地产生任意排布的光阱阵列,具有比传统单光镊更高的灵活性,目前已在生物医学领域展现出巨大的应用价值... 作为一种非侵入式的高精度微操控和力传感工具,光镊已被广泛应用于生命科学领域的研究。全息光镊利用空间光调制器调控光场,可以灵活地产生任意排布的光阱阵列,具有比传统单光镊更高的灵活性,目前已在生物医学领域展现出巨大的应用价值。本文综述了全息光镊的基本原理、全息图算法,以及全息光镊在生物学领域的研究进展,希望可以为全息光镊在生物学中的应用研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 生物光学 光镊 空间光调制器
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碳酸钙微粒光致旋转的实验和理论研究 被引量：12
18
作者 雷铭 姚保利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期816-819,共4页
理论分析了由于光束轨道角动量和自旋角动量传递以及微粒的特殊形状导致微粒旋转的机理.实验建立了单光束激光光镊装置,不仅可以捕获并移动直径为微米量级的微小粒子,而且利用圆偏振光与微粒之间角动量的传递,实现了对具有双折射特性的... 理论分析了由于光束轨道角动量和自旋角动量传递以及微粒的特殊形状导致微粒旋转的机理.实验建立了单光束激光光镊装置,不仅可以捕获并移动直径为微米量级的微小粒子,而且利用圆偏振光与微粒之间角动量的传递,实现了对具有双折射特性的碳酸钙微粒的光致旋转.实验中发现微粒的旋转不仅取决于光束的偏振态,还与微粒本身的形状有关,解释了实验中观察到的几种旋转现象.碳酸钙微粒旋转的最高转速达到12转/秒,转速与激光功率成正比. 展开更多
关键词 光镊 光致旋转 角动量
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光的力学效应及光阱力的测量 被引量：11
19
作者 李银妹 《物理实验》 北大核心 2003年第1期13-17,共5页
介绍一个利用光镊技术直观地演示光的力学效应的实验 .简要讨论了开设这一实验的背景和目的 ,给出了光镊原理、实验装置。
关键词 光镊 力学效应 光阱力 测量 实验装置 实验原理
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用三光束干涉模型解释锥镜产生类贝塞尔光束 被引量：13
20
作者 雷铭 姚保利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期146-148,共3页
对高斯光束通过锥镜产生类似贝塞尔光束的环形光束进行了理论分析及实验研究.数值模拟过程中,基于相干光干涉理论,考虑到实际情况中锥尖不尖带来的影响,建立了三光束干涉的数学模型.模拟得到的光场分布与实验结果及基于菲涅尔衍射积分... 对高斯光束通过锥镜产生类似贝塞尔光束的环形光束进行了理论分析及实验研究.数值模拟过程中,基于相干光干涉理论,考虑到实际情况中锥尖不尖带来的影响,建立了三光束干涉的数学模型.模拟得到的光场分布与实验结果及基于菲涅尔衍射积分理论或空间光谱理论得到的零阶贝塞尔光束很接近·这种光场具有非衍射特性,可应用于新型光镊研究· 展开更多
关键词 锥镜 贝塞尔光束 光镊
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