1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人们对微观世界的不断探索，人们对微小粒子的精细操纵和测量的要求也越来越高。光镊技术的出现给生物、医学、物理学等各个领域的研究带来了极大的方便。光镊是一种利用激光与物质相互作用时产生的光力来捕获操纵微小粒子的一种装置，能够对微小微粒以非接触的遥控方式，实施无损无菌操作，实时动态跟踪和进行微小力的测量。

从ashkin等1986年发表的第一篇单光束光镊论文起，光镊技术已经历了约30多年的发展。光镊从鲜为人知到如今已经成为众多学科的工具。国际上几个知名的实验室和大学，如美国贝尔实验室、美国贝克曼研究中心、rowland科学院、斯坦福研究中心、德国海德堡大学、日本osaka大学等是光镊研究，工作的先驱，他们为光镊技术在生物、化学、物理等领域的应用开拓了先河。现阶段光镊一个特别重要的发展趋势是结合各种新型光场来实现特殊或复杂的操控功能，新型光场光镊不仅能够实现对不同材质、不同大小的微粒多自由度操控，而且可以通过计算机控制，方便地实现实时智能的操控，大大拓展了光镊的应用范围。中国科学技术大学、圣安德烈大学、蒙特雷科技大学等对这方面做了许多工作。近30 年来，基于单光束光力可控微粒的应用研究，确实证明了该技术的独到和不可或缺的价值及其广阔的应用领域。光镊在细胞生物学、单分子生物学、胶体科学以及物理学4 个学科领域的的应用广阔，光镊在这些领域已成功解决了许多的重大科学问题。

现如今，光镊已经成为操纵微米尺寸微粒的主要工具，但是作用在1nm至100nm之间的光镊仍然没有被广泛采用，这是因为原子冷却与微粒捕获的优化技术方面仍有许多挑战。 实际上，原子的有效激光冷却依赖于接近窄谱线且没有辐射损失的光散射，从而降低原子速度分布。纳米结构缺乏这些特征，冷却速率和可实现的最低温度受到限制。所以微粒的操纵依赖于电偶极子相互作用能。由于电偶极子相互作用能随着粒子尺寸大致上随着颗粒体积的减小而减小，所以热涨落足够压倒纳米级的捕获力，导致纳米尺寸的粒子难以捕获。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容为了解光纤光镊的概念、原理与发展概况，论述微纳光纤模式场分布的电磁场理论以及电磁场中瑞利粒子受力的计算方法——电偶极子模型，编制matlab程序，计算微纳光纤消逝场中粒子的受力，分析讨论粒子尺寸、光纤直径对受力的影响。

研究的目标在于通过合理地简化，正确地建立电偶极子模型，并通过matlab编写程序，数值计算得到微纳光纤消逝场中瑞利粒子的受力，分析讨论影响因素，最终得到利用微纳光纤消逝场来制作对于瑞利粒子的光镊的可行性。

拟采用的技术方案及措施为，首先通过理论推导，由麦克斯韦方程推导出微纳光纤倏逝场中的功率分布方程，并利用matlab软件进行求解。瑞利粒子的半径远小于光波波长，粒子在外场的作用下被极化, 此时粒子可以被简单的视为一个电偶极子，此时偶极子受到电场与偶极子相互作用产生的梯度力和偶极子从入射光束中吸收光子同时向周围散射光子产生的散射力，利用matlab软件求解出偶极子的受力情况，分析不同粒子在不同倏逝场中的受力情况并进行讨论。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需背景知识（光纤光镊的概念、原理与发展概况，点偶极子模型等）。确定计算方案，完成开题报告。

第4－5周：整理文献资料，根据资料理论推导并计算微纳光纤的模式场。

第6－7周：掌握光力的理论计算方法，深入学习偶极子模型，进行理论推导。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李银妹,龚雷,李迪,刘伟伟,钟敏成,周金华,王自强,姚焜.光镊技术的研究现况[j].中国激,2015,42(01):9-28.

[2] 赵宇.基于倏逝场的微纳光纤光镊的研究[d].中北大学,2014.

[3] 刘子龙,张波.基于纳米光学透镜的激光捕获瑞利粒子研究[j].光学学报,2013,33(09):333-342.