光纤形状与传输模式对光镊力与传感检测研究

"本文主要探讨了光纤光学镊子的光学捕获力与不同光纤模式和形状之间的关系。通过使用惠更斯-菲涅尔原理计算圆波导中每个模式的辐射场，并基于麦克斯韦应力张量积分计算光学捕获力。通过计算和模拟，解释了在具有相同出口端面形状的情况下，基模的光学捕获力为何大于高阶模的原因。" 正文: 在光学领域，光纤光学镊子是一种利用光压来捕获和操纵微小粒子的先进技术。这篇研究论文深入探讨了如何通过调整光纤的传输模式和形状来优化光学捕获力，这对于微纳米操作、生物医学检测和精密光学实验等领域具有重要意义。 首先，光纤的不同传输模式是影响光学捕获力的关键因素。光纤中的光传播可以分为多种模式，包括基模（LP01）和其他高阶模（如LP11、LP21等）。这些模式具有不同的电磁场分布，因此它们与微粒相互作用的方式也各不相同。基模通常具有最强的中心对称性，导致更强的光学捕获效应。 其次，光纤的形状同样至关重要。论文指出，光纤的几何形状，如其末端的平面、球形或锥形，会直接影响光场的分布和强度，从而影响捕获粒子的能力。例如，一个圆形出口端面的光纤可能会提供更均匀的光场，而锥形端面则可能导致光束扩散，改变捕获力的分布。 使用惠更斯-菲涅尔原理，研究人员能够精确计算出不同模式下的辐射场，这是理解光学捕获力的基础。此原理基于光波前的连续性，可以用来预测光在不同介质界面的传播行为。在此基础上，通过麦克斯韦应力张量积分方法，论文进一步计算了这些辐射场产生的光学捕获力。 计算和仿真结果表明，在保持出口端面形状不变的情况下，基模所产生的光学捕获力大于高阶模。这是因为高阶模的光场分布更复杂，能量分布相对分散，而基模的光场集中，能更有效地集中在目标粒子上，从而产生更大的捕获力。 此外，论文还可能涉及了如何通过设计光纤形状和模式来优化特定应用的光学捕获系统。例如，对于生物样品的无损检测，可能需要选择产生较低捕获力但光损伤较小的模式；而对于微机械系统的精确操控，则可能需要更高的捕获力。 这篇研究论文为理解和优化光纤光学镊子提供了新的见解，不仅加深了我们对光纤模式和形状影响光学捕获力机制的理解，也为未来在微纳米技术领域的应用开辟了新的可能性。