飛秒渦旋光鑷的套用基礎研究

《飛秒渦旋光鑷的套用基礎研究》是依託哈爾濱工業大學，由郭忠義擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：飛秒渦旋光鑷的套用基礎研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭忠義

項目摘要

使用飛秒雷射直寫，在矽酸鹽玻璃內部製備光渦旋的體計算全息微結構。再使用飛秒脈衝雷射入射到該微結構中，產生高效率脈衝飛秒渦旋雷射束。利用飛秒渦旋雷射輻射壓力及強飛秒脈衝產生的衝擊波捕獲分布在液體中微納米粒子及生物細胞，從而實現飛秒渦旋光鑷操控微納米粒子及生物細胞的功能。通過渦旋光鑷對細胞等微小粒子無損傷地操控，達到使用連續雷射在生物學中排列、調控微小單元結構的目的。同時，通過理論計算研究不同數值孔徑的物鏡下光場的分布情況，結合試驗結果進行更進一步的理論分析對不同條件下實驗參數進行標定。再則，利用飛秒渦旋光鑷系統操控微納粒子的實驗與飛秒脈衝在液體中所產生的衝擊波對微納粒子的束縛做一個實驗結果對比，從而更進一步探索飛秒渦旋光鑷在生物學中的活體細胞操縱的研究。

結題摘要

光鑷是利用在雷射與微粒相互作用過程中,由動量轉移產生輻射壓力形成的光學陷阱，近年來，隨著科學技術的進展，光鑷已經成為研究微小粒子靜態和動態力學特性的理想研究手段之一。光鑷可以用普通高斯雷射束實現，也可以用渦旋光束實現。高斯雷射束作為光鑷使用，存在一個較大的問題就是雷射束在捕捉生物大分子時，容易破壞或損傷分子。渦旋光束作為光鑷在捕捉生物大分子時，有著特有的優勢，因為渦旋雷射束的雷射強度集中在光束的邊緣，中心處光強很弱，這樣，渦旋光束不但能控制何捕捉大分子，而且還不會損傷分子，所以從作為光鑷使用的實用性上來看，渦旋光鑷更有套用價值。 在本項目中，我們首次提出了“飛秒渦旋光鑷”的概念，並且在我們實驗室自行搭建出了普通連續光鑷、連續渦旋光鑷、飛秒光鑷、飛秒渦旋光鑷等實驗系統，並且利用自行搭建的實驗系統在實驗中實現了對微小粒子的操作控制，並且取得了一定的實驗及理論成果。我們在自製的微流通道內使用飛秒雷射作為光源進行了飛秒光鑷實驗，實現了對微流通道內的生物細胞的選擇，移動、排列等控制，並且研究了生物細胞在飛秒光鑷作用下的動力學性能。我們利用已經搭建完成飛秒渦旋光鑷系統，並利用該系統完成了對氧化銅納米粒子的操控實驗，該實驗結果證實飛秒雷射作為光鑷系統光源形成飛秒渦旋光鑷的可行性及有效性。 在本項目的資助下，我們也研究了飛秒雷射脈衝與金屬膜、透明玻璃、金銀納米粒子等物質體系的相互作用，並且取得了一定的研究成果，我們利用所具備的實驗系統在相關的材料表面或體內加工了一些光功能微器件，比如全息存儲器件、全息體光柵、微流體通道等。 綜上，在本基金的資助下，我們成功搭建了四套不同類型的光鑷實驗系統，並取得了一些科學實驗成果，到目前為止已經發表書籍章節2章、發表SCI學術論文10篇、參加國際會議4人次，超額完成預定工作目標。