导读:本文包含了微操纵论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:光学,全息,阿基米德,超声,构件,微机,诱导。
微操纵论文文献综述
高源[1]（2019）在《矢量光束的高效动态生成及其在光学微操纵中的应用》一文中研究指出随着对光与物质相互作用领域的深入研究,人们越来越重视对光场振幅、相位、偏振等参数的高效、精确调控,其中矢量光束因其特殊的非均匀偏振态分布特性逐渐成为该领域中的研究热点。根据矢量光束产生位置的不同,我们可以将矢量光束生成方式分为腔内生成与腔外生成两种方式。通过腔内方法产生的矢量光束能量转化效率高,但模式单一固定,无法灵活改变;通过腔外方法,可以根据不同需求灵活、动态产生不同模式的矢量光束,但能量转化效率低。本文就如何克服腔外生成方式中能量转化效率低的弊端,如何在腔外生成方式中实现对矢量光场进行振幅、相位、偏振的全矢量任意调控两个方面,进行了如下研究工作:首先,我们提出了两种基于空间光调制器上分屏复用技术的矢量光束高效生成方案。第一种是利用侧向位移分光棱镜进行分束、合束的离轴生成方法。该方法在保证光场调控自由度与调控稳定性的前提下,通过优化矢量光束生成中的分束、合束过程,实现了矢量光束的高效生成,生成效率达30%以上;第二种方法是利用偏振分光棱镜的同轴生成方法。在该方法中,我们使用超高清GAEA-2新型相位型空间光调制器,其上共有3840x2160像素、单个像素尺寸3.84微米,可以对入射光进行更为精确的相位调控。我们将偏振分光棱镜放置于一个菱形环路干涉系统中,使得入射的基模光束被偏振分光棱镜分束后,在空间光调制器上进行相位调制,最后再经由同一个偏振分光棱镜合束生成矢量光束。在同轴条件下,我们在实验中生成了经典柱对称矢量光束、多偏振奇点矢量光束以及高阶Poincare球上对应点的椭圆偏振分布等不同类型矢量光束,其中经典径向偏振光的生成效率已达到45%以上。两种新方法与传统的矢量光束腔外生成方法相比,光束产生效率均有数量级上的提高。其次,我们研究了矢量光束在焦场设计中的应用,基于完美涡旋思想与焦场逆向设计方法设计生成了圆形、正方形、“8”字形等具有完美相位梯度的不同类型焦场,并将它们运用到光学微操纵实验中,捕获并驱动直径3.2微米的聚苯乙烯小球沿特定轨迹进行运动。我们通过对正方形、“8”字形焦场中轨道奇点的修正,提高了焦场对粒子操控的稳定性。最后,我们根据已有焦场叁维空间中的标量光束整形技术,独立调控两个偏振正交分量振幅、相位的叁维分布后让两者共线迭加,提出了在焦场叁维空间中的矢量光束整形方法。根据此方法我们在实验中产生了倾斜圆环、叁维阿基米德螺旋线、二维圆环与叁维阿基米德螺旋线嵌套分布等不同类型焦场案例。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-01）
梁言生[2]（2018）在《基于空间光场调控的光学微操纵技术研究》一文中研究指出光镊因具有非机械接触、低损伤、操控对象范围广、可高精度测量微小位移量和作用力等特点,被广泛应用于生命科学和物理学等领域的研究。空间光场调控技术通过调制光场的振幅、相位和/或偏振态空间分布,可以产生任意复杂的点光阱阵列分布或特殊模式光束(如涡旋光、任意弯曲光场等),实现多光阱动态微操纵、光学旋转和光学输运等丰富的功能,将传统的光镊技术发展为广义的光学微操纵技术。通过对微粒的精确操控,光学微操纵技术已经成为了胶体粒子相互作用研究、微粒的分选、晶体结构的制作、微化学反应研究等领域的强有力工具。因此,通过空间光场调制产生新颖的光场分布,拓展光学微操纵的功能,对光学微操纵技术的应用和发展具有重要的意义。本论文围绕着基于空间光场调控的光学微操纵技术主要开展了以下工作:1.设计并搭建了一套紧凑型多功能光学微操纵系统,提出了利用高阶涡旋光来校正系统像差的方法。该系统采用模块化设计,结构紧凑稳定,光能利用率高(约40%),体积约为400×400×500mm~3。使用LabVIEW软件开发了实时动态微操纵界面程序,实现了对数十个微粒的同时捕获与实时动态控制(刷新频率约13Hz)。利用该系统对直径在亚波长至十几微米的微粒进行了捕获与操纵,操纵对象包括细胞、胶体粒子等微粒。利用高阶涡旋光作为校正标准进行像差校正,不需要对系统进行任何改动,简单有效。通过像差校正,系统的光场调制效率提高了64%,(x,y)方向的光阱刚度分别由(94.61,133.02)pN/μm提高到(222.06,192.17)pN/μm,分别提高至原来的2.35倍和1.44倍。2.提出一种基于45°微反射镜的轴平面成像技术和基于轴平面傅里叶变换的轴平面GS算法,实现了轴平面同时捕获与成像。轴平面成像和操控技术突破了传统光镊系统只能在横平面进行微粒跟踪与操纵的限制,使在轴平面进行更加复杂的光学微操纵和直接观测成为可能。本文提出的轴平面成像和操控技术实现了约300μm的轴向全息光学微操纵距离,轴平面GS算法可以快速地在轴平面产生高质量的光场分布,具有比叁维迭代算法更快的计算速度和效率。结合轴平面成像技术和轴平面GS算法,实现了轴向1×3光阱阵列的捕获和光阱刚度的标定。3.研究了微粒在不同类型涡旋光束中的旋转运动特性。光与物质相互作用中的角动量传递会对微粒产生力矩,使其做轨道旋转或者自旋运动。研究微粒在光场中的轨道和自旋运动特性,有助于了解其角动量传递的物理机制和促进光学旋转的应用。本文理论分析和实验研究了高折射粒子在拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束中的运动特性和规律;研究了近完美涡旋光束对低折射率粒子的旋转操纵,提出并证明了提高粒子旋转效率的方法。研究了双折射晶体微粒在圆偏振涡旋光束中的运动特性。提出了结合圆偏振和低阶涡旋相位来提高双折射晶体微粒自旋效率的方法,并证明了双折射晶体微粒在圆偏振高阶涡旋光束中轨道运动与自旋运动的同时存在。4.利用轴平面成像和操控技术研究了贝塞尔(Bessel)光束、径向高阶LG光束和倾斜Bessel光束的直线轨迹输运微粒,以及艾里(Airy)光束和蛇形光束的弯曲轨迹输运微粒的动力学特性。光学输运在微粒分选中发挥着日益重要的作用,而无衍射光束的长距离传播特点使其成为了光束输运微粒的理想工具。本文提出的轴平面成像和操控技术为研究无衍射光束的光学输运特性提供了有效的工具。利用零阶Bessel光束和径向高阶LG光束,实现了在紧聚焦条件下长达300μm的轴向输运距离。利用倾斜Bessel光束,实现了倾斜角18.7°的斜线轨迹光学输运。利用Airy光束和蛇形光束,实现了沿弯曲轨迹的光学输运。对于多种类型的无衍射光束光学输运的分析,有助于光学分选在复杂环境中的应用研究。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)》期刊2018-06-01）
邓双[3]（2018）在《基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究》一文中研究指出微机电系统由于尺寸微型化、功能集成化和性能高端化及具有多学科交叉与批量生产能力等众多优点,已逐步应用于现代社会的不同领域,带来明显的社会和经济效益。伴随着多功能和异材异构混合的复杂微机电系统的发展,面向微机电系统装配的微构件操纵技术已越来越多地受到学术界和工程界的重视,并发展了多类方法手段。其中,基于超声辐射力场的非接触式微操纵技术,不仅可以避免粘附力等对操纵过程的干扰及机械接触对操纵对象的损坏或污染,而且具有适合不同材质操纵对象和非透光操纵环境下应用、可柔性合成声场实现多模式操纵以及相关系统易于集成和微型化等其它非接触式手段难以媲美的优势,成为微装配领域最具发展潜力的方法之一。然而,目前已有的声操纵技术主要针对单构件或单功能来展开,而实际微装配过程中至少牵涉到两个构件的同时操纵,面向的是一种多散射体对象,其散射机理较单散射体更为复杂,如何有效计算这种散射声场及作用于微构件上的声辐射力,在理论层面上还存在诸多挑战。同时,从技术层面上看,尽管针对单微构件的单模式声操纵方法日趋成熟,但是面向单微构件实现多模式操纵及面向多构件实施有效操纵都还缺乏良策,有待进一步深入地研究。因此,目前的声操纵技术还难以满足微机电系统向混合式发展的装配需求。基于以上背景,本学位论文结合国家自然科学基金项目“基于超声辐射力场的叁维生物组织直写式制造关键技术研究”(No.51205351)以及浙江省自然科学基金重点项目“基于声操纵的叁维自动微装配理论与实践研究”(No.Z1110393),提出开展基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究。在系统了解声操纵相关技术研究现状及其发展趋势的基础上,建立任意声场中多散射体散射声场及声辐射力的通用理论表达式,重点开展单声波参数异步调控下的微构件声操纵、多声波参数协同调控下的微构件对声操纵、面向多模声操纵的变区域局部声场合成控制以及基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控等关键技术的研究,发展一种面向微机电系统装配的多模声操纵技术,并研发一套基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统,为微机电系统的发展奠定必要的技术基础。具体的研究内容和创新性工作主要体现在:第一章,系统阐述微机电系统的应用、产生的社会与经济效益及开展微操纵技术研究的重要意义,全面分析微操纵技术的国内外研究现状及其发展趋势,确定基于超声辐射力场的微操纵技术为研究目标,并明确该技术在理论、技术和应用层面上所存在的问题及亟待解决的技术瓶颈,为本文的研究指明方向。同时,还对本学位论文的研究内容及其章节进行安排。第二章,开展任意声场中多散射体声辐射力通用理论表达的研究。在建立和求解小振幅声压球坐标系下的波动方程,明确球状散射体散射波传播机理的基础上,通过声场的谐函数展开及结合散射体的边界条件和谐函数加法定理,完成声场中多散射体的散射声场计算。同时,建立基于二阶摄动理论的超声辐射力通用计算框架,推导出声场中多散射体的声辐射力通用理论表达,进而改善其对入射声场形式的适用性。通过改变散射体的声学边界条件,还可实现不同材质散射体的声辐射力计算,为后续研究奠定必要的理论基础。第叁章,发展一种单声波参数异步调控下的微构件声操纵技术。在利用多束斜入射平面波干涉迭加构建半空间内叁维声场的基础上,确定单散射体所受声辐射力场的分布,明晰微构件的声俘获机理。同时,通过调制的声波幅值,完成固壁上微构件的拾取与释放操纵,并通过控制声波的相位,动态调整声势阱的空间位置分布,带动俘获于声势阱中的微构件水平迁移,进而实现单散射体在叁维空间内俘获、拾取及平移的复合操纵。第四章,提出一种多声波参数协同调控下的微构件对声操纵技术。根据叁维半空间内声场分布特性,结合多散射体的声辐射力理论公式,分析微构件所受的声辐射力,并通过协同调控叁束入射声波的幅值和相位参数动态合成具有不同声势阱位置和间距的声场,实现微构件对的位置和间距控制。同时,以两个球形散射体为对象开展实验研究,实现其位置和间距的可控调整,证实本章技术的可行性和有效性。第五章,提出一种面向多模声操纵的变区域局部声场合成控制技术。在实现局部合成目标声场理论表达的基础上,通过离散孔径模型并结合模式匹配技术,求得声场合成区域边界控制点声压,并利用逆滤波法确定阵列声源激励信号,进而实现操纵空间内变区域声场的合成。同时,利用合成区域范围与截断阶数之间的关系进一步发展一种多区域的局部声场合成技术。最后,通过仿真和实验研究证实本章技术的可行性和有效性。第六章,提出一种基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控技术。首先,利用多点支撑谐函数分别建立入射声场和散射声场展开系数与散射体表面散射系数之间的关系,确定用于表征入射和散射声场之间关系的T矩阵,进而实现高度非球形散射体的声辐射力矩的快速计算。其次,利用前述局部声场合成技术获得一种强约束高匹配局部目标声场,并通过逆推原理实现其无半径旋转。最后,通过仿真验证非球形散射体的无级调控技术,并以二氧化硅棒为对象开展系列实验研究,证实本章技术的有效性。第七章,开展基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统及实验研究。在确定系统总体方案的基础上,重点开发基于CameraLink的高帧率CMOS摄像系统、高速图像采集与并行处理卡、基于PXI的多通道程控信号发生模块、多通道线性功率放大模块以及阵列声源模块等,并采用虚拟仪器体系结构,集成开发一套基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统。同时,利用所研发的声操纵系统开展相关的实验研究,以证实本文所提相关理论与技术的可行性和有效性。第八章,总结本论文的研究成果和创新之处,并对未来的研究进行工作展望。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-06-01）
林心舒[4]（2018）在《中空圆柱型超声微操纵器件的研究》一文中研究指出微纳操纵技术是一种对微纳物质进行驱动,实现微纳物体可控旋转、聚集、分离、清除、输送等作动功能的技术。声学操纵利用声学物理效应,对微纳物质进行操纵。声学操纵具有成本低,对操纵对象无选择性,无热损伤等优点,在工程应用上前景非常广阔。本课题是基于现有的π型压电超声换能器研究,提出了一种压电驱动的中空圆柱型换能器,实现了对微颗粒的超声操纵,丰富了超声操纵方式,主要研究工作如下:介绍了微纳物质操纵的现有的各种方法及各自的优缺点,其中详细介绍了超声微纳操纵的研究现状,并且阐述了本课题的研究目的,研究路线和创新点。通过实验和理论互相验证的方法,研究了中空圆柱型超声操纵器件驱动硅基板上微颗粒圆环状聚集以及移动的特性和原理。中空圆柱侧壁高频振动时聚集微颗粒,其工作在弯曲模态。此时侧壁下表面附近产生环状的声辐射力场,从而驱动微颗粒克服基板表面摩擦力移动到圆柱侧壁正下方成环状聚集。研究了声辐射力的产生原因,并利用有限元软件COMSOL Multiphysics计算仿真了圆柱型超声换能器与基板之间的声辐射力分布图案,其与实验观察到的颗粒聚集现象一致。同时对基板表面颗粒进行受力分析,验证实验结果的准确性。计算得出,基板表面单个微粒所受驱动力数量级为10~(-8)N。声辐射力在微粒操纵中起主要作用。(本文来源于《南京航空航天大学》期刊2018-03-01）
梁言生,姚保利,马百恒,雷铭,严绍辉[5]（2016）在《基于纯相位液晶空间光调制器的全息光学捕获与微操纵》一文中研究指出在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上,提出一种改进的快速叁维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、多平面叁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、多平面动态叁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。(本文来源于《光学学报》期刊2016年03期）
姚保利,雷铭,但旦,郜鹏,杨延龙[6]（2013）在《光学超分辨显微成像和光学微操纵技术》一文中研究指出现代生物学和材料科学的发展对微观结构的研究提出了越来越高的分辨率需求,希望从分子水平揭示生命过程和材料性能的物理本质。受光学衍射极限的限制,普通光学显微镜的横向分辨率一般只能达到200nm,纵向分辨率约500nm。这对于研究亚细胞结构和分子结构已无能为力。虽然电子显微镜和原子力显微镜可以达到亚纳米的分辨率,但是其只能对非活性离体细胞样品进行观测的缺点限制了其在生物领域的广泛应用。因此,如何利用光学方法突破传统光学显微镜的分辨率极限进入纳米观测领域?成为光学显微成像技术的一个重要挑战和机遇。近场光学显微技术利用探测表面倏逝波可以获得约100nm的横向分辨率。但由于近场探针离样品表面距离非常近(约100nm),几乎成为接触测量,因此其应用受到很大限制。远场超分辨显微由于具有非接触、可对活体细胞进行纳米级分辨率功能成像的优点,已成为目前光学超分辨显微的主流技术。另一方面,在生物医学和材料科学的研究中,不仅需要能看得更细致更清楚,还希望能对微观对象能进行精确的操作和控制。光学微操纵技术提供了这样一种新的途径,它利用光的力学效应(即光子的动量和角动量),可以对微米至纳米量级的微观物体进行精确的捕获、移动、旋转、排布、分选等操作,而且这种操作是无机械接触的全光操作,可以最大程度地降低对样品的损伤。本报告主要介绍两类远场光学超分辨荧光显微成像技术:一类是基于单分子定位技术的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(PALM)和随机光学重构显微技术(STORM);另一类是基于特殊强度分布照明光场的超分辨率显微成像方法,包括受激发射损耗显微技术(STED)和结构照明显微技术(SIM)。重点介绍我们在SIM超分辨显微成像方面的研究成果。对于非荧光显微成像方法,介绍我们在数字全息显微成像方面的研究进展。对于光学微操纵技术,主要介绍我们在单光束光镊、多光束全息光镊方面的研究进展和仪器化情况,以及在生物学研究中的一些应用。(本文来源于《第一届国际暨第十叁次中国生物物理学术大会摘要集——S3光与生命、S4生物医学信息学：机会与挑战》期刊2013-10-28）
姚保利,雷铭,但旦,郜鹏,杨延龙[7]（2013）在《超分辨光学成像与光学微操纵技术》一文中研究指出现代生物学和材料科学的发展对微观结构的研究提出了越来越高的分辨率需求,希望从分子水平揭示生命过程和材料性能的物理本质。受光学衍射极限的限制,普通光学显微镜的横向分辨率一般只能达到200nm,纵向分辨率约500nm。这对于研究亚细胞结构和分子结构已无能为力。虽然电子显微镜和原子力显微镜可以达到亚纳米的分辨率,但是其只能对非活性离体细胞样品进行观测的缺点限制了其在生物领域的广泛应用。因此,如何利用光学方法突破传统光学显微镜的分辨率极限进入纳米观测领域?成为光学显微成像技术的一个重要挑战和机遇。另一方面,在生物医学和材料科学的研究中,不仅需要能看得更细致更清楚,还希望能对微观对象能进行精确的操作和控制。光学微操纵技术提供了这样一种新的途径,它利用光的力学效应(即光子的动量和角动量),可以对微米至纳米量级的微观物体进行精确的捕获、移动、旋转、排布、分选等操作,而且这种操作是无机械接触的全光操作,可以最大程度地降低对样品的损伤。本报告主要介绍两类远场光学超分辨荧光显微成像技术:一类是基于单分子定位技术的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(PALM)和随机光学重构显微技术(STORM);另一类是基于特殊强度分布照明光场的超分辨率显微成像方法,包括受激发射损耗显微技术(STED)和结构照明显微技术(SIM)。重点介绍我们在SIM超分辨显微成像方面的研究成果。对于非荧光显微成像方法,介绍我们在数字全息显微成像方面的研究进展。对于光学微操纵技术,主要介绍我们在单光束光镊、多光束全息光镊方面的研究进展和仪器化情况,以及在生物学研究中的一些应用。(本文来源于《2013年（第五届）西部光子学学术会议论文集》期刊2013-10-18）
钱飞立[8]（2012）在《基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术研究》一文中研究指出微操纵技术作为微机电系统领域基础研究、技术实施、系统设计开发以及产品集成装配的一种关键和共性的技术手段,一直以来受到各国政府和学者的普遍重视。经过近叁十余年的努力,采用人工或半自动的操纵模式,已探索和发展了许多不同机理的微操纵方法,并正向实用化方向迈进。但是,面对操纵对象尺度的微型化、操纵精度的超高精密要求、力学特性的远未明确表征以及仅凭肉眼难以对操纵过程有效监控等方面所带来的诸多挑战,人工或半自动的微操纵方法表现出明显的局限性,成为了制约微机电系统进一步发展、形成批量生产能力、提高性价比并迈向实用化的一个急待解决的瓶颈技术。因此,探索新理论、新机理并发展自动化微操纵技术,已成为目前微机电系统这个新兴技术领域内一个最基础的、关键的热点研究课题。为此,本学位论文结合浙江省自然科学基金重点项目“基于声操纵的叁维自动微装配理论与实践研究(No.Z1110393)”,提出开展基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术的研究,在完成基于PXI总线的高帧率嵌入式显微视觉模块开发,赋予实验室已有声操纵综合实验平台视觉反馈能力的基础上,采用多通道声波合成的原理,利用相位调整及显微视觉反馈控制策略,实现了一种基于超声辐射力场的二维自动化微操纵技术,为微机电系统研究和制造提供一种具有自主知识产权的共性技术手段。具体的研究工作体现在：第一章,分析微操纵技术在微机电系统及国民经济发展中的重要作用和地位,说明开展自动化微操纵技术研究的重要意义,并在阐述微操纵技术在国内外研究现状及其发展趋势的基础上,对目前最具发展潜力的微操纵技术——基于超声辐射力场的微操纵技术的研究现状进行系统概括,对其存在的问题进行评述,为论文研究指明方向。第二章,在明确基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵系统功能及性能需求的基础上,以PXI总线为信息传输桥梁,采用模块化设计策略,完成系统总体方案的设计。第叁章,根据总体方案,开展基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵系统的核心模块研究,实现基于PXI总线的多通道超声信号发生器模块及高帧率嵌入式显微视觉模块的研发。第四章,开展了基于超声辐射力场的自动化微操纵关键技术的研究。在研究基于相位调整的超吉微操纵技术及物方远心镜头标定技术的基础上,实现了微构件位姿亚像素精度的检测,并提出了变步长的控制策略,发展了一种基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术。第五章,在完成基于PXI总线的多通道超声信号发生器、高帧率嵌入式显微视觉模块研制的基础上,集成开发了一套具有显微视觉反馈的自动化超声微操纵实验平台,并利用该平台开展了实验研究,证实本文技术的可行性和有效性。第六章,对全文的工作进行总结,并对以后的工作进行展望。(本文来源于《浙江大学》期刊2012-02-01）
倪中华,朱树存,陈科[9]（2012）在《光诱导介电泳微操纵过程中的光电旋转》一文中研究指出本文从电路模型、有限元建模和分析及物理实验叁个方面,深入理解并首次验证了在光诱导介电泳芯片中因光电增益不仅存在因亮暗分压(电场幅值非均匀分布)而产生的第一类光诱导介电泳力,而且还存在由亮暗相位差(电场相位非均匀分布)而产生的第二类光诱导介电泳力,以及因存在光致旋转电场而产生的光诱导电旋转现象,解决了目前介电泳力理论计算因采用仅考虑光致分压效应的简化电偶极矩模型而造成实际光诱导介电泳力被低估的困局.同时通过对相应过程的有限元数值模拟,以及酵母菌细胞的光控电旋转实验确认了光诱导电旋转现象的真实存在,得出了光诱导电旋转转向与微粒相对于光电极边缘的位置有关且对应旋转速率与二者相对距离成反比的一般规律,并发现在叁电极式光诱导电旋转芯片结构中对应扭矩分布极不均匀且相应位置的光诱导介电泳力不利于对应微粒的定轴旋转.为此,提出了具有对称相位角分布的双层四电极式光诱导电旋转设计方案,为后续光诱导介电泳芯片实现生物粒子微操纵与介电频谱测量一体化提供了必要的理论准备及技术支撑.(本文来源于《中国科学:技术科学》期刊2012年01期）
王群[10]（2011）在《磁阿基米德反磁微操纵器件的研究》一文中研究指出大多数生物粒子（如细胞）具有弱反磁性，当反磁性物质处在顺磁性溶液中，并施加磁场时，会受到磁场给它的反磁力和溶液给它的反磁浮力。当粒子所受反磁力、反磁浮力、浮力与重力平衡时，粒子可以稳定悬浮。本文利用大多数生物体自身的反磁特性，结合MEMS技术，利用磁阿基米德效应，以独特的“反磁势阱钳”实现生物粒子芯片内的俘获和操纵。本文介绍了一种高效和方便的悬浮和操纵反磁粒子的方法，其中用到线圈阵列和软磁材料来产生磁场。此方法结合MEMS技术，制备了一种线圈阵列芯片。并对该微操纵技术的实现原理、相应芯片的实现工艺及相应的控制电路作了详细阐述。通过实验证明，基于MEMS的反磁微操纵技术完全可以实现生物粒子的收集、分离等微操纵，且具有自己独特的优势，有望成为一种新型的微操纵技术。(本文来源于《上海交通大学》期刊2011-12-01）
微操纵论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
光镊因具有非机械接触、低损伤、操控对象范围广、可高精度测量微小位移量和作用力等特点,被广泛应用于生命科学和物理学等领域的研究。空间光场调控技术通过调制光场的振幅、相位和/或偏振态空间分布,可以产生任意复杂的点光阱阵列分布或特殊模式光束(如涡旋光、任意弯曲光场等),实现多光阱动态微操纵、光学旋转和光学输运等丰富的功能,将传统的光镊技术发展为广义的光学微操纵技术。通过对微粒的精确操控,光学微操纵技术已经成为了胶体粒子相互作用研究、微粒的分选、晶体结构的制作、微化学反应研究等领域的强有力工具。因此,通过空间光场调制产生新颖的光场分布,拓展光学微操纵的功能,对光学微操纵技术的应用和发展具有重要的意义。本论文围绕着基于空间光场调控的光学微操纵技术主要开展了以下工作:1.设计并搭建了一套紧凑型多功能光学微操纵系统,提出了利用高阶涡旋光来校正系统像差的方法。该系统采用模块化设计,结构紧凑稳定,光能利用率高(约40%),体积约为400×400×500mm~3。使用LabVIEW软件开发了实时动态微操纵界面程序,实现了对数十个微粒的同时捕获与实时动态控制(刷新频率约13Hz)。利用该系统对直径在亚波长至十几微米的微粒进行了捕获与操纵,操纵对象包括细胞、胶体粒子等微粒。利用高阶涡旋光作为校正标准进行像差校正,不需要对系统进行任何改动,简单有效。通过像差校正,系统的光场调制效率提高了64%,(x,y)方向的光阱刚度分别由(94.61,133.02)pN/μm提高到(222.06,192.17)pN/μm,分别提高至原来的2.35倍和1.44倍。2.提出一种基于45°微反射镜的轴平面成像技术和基于轴平面傅里叶变换的轴平面GS算法,实现了轴平面同时捕获与成像。轴平面成像和操控技术突破了传统光镊系统只能在横平面进行微粒跟踪与操纵的限制,使在轴平面进行更加复杂的光学微操纵和直接观测成为可能。本文提出的轴平面成像和操控技术实现了约300μm的轴向全息光学微操纵距离,轴平面GS算法可以快速地在轴平面产生高质量的光场分布,具有比叁维迭代算法更快的计算速度和效率。结合轴平面成像技术和轴平面GS算法,实现了轴向1×3光阱阵列的捕获和光阱刚度的标定。3.研究了微粒在不同类型涡旋光束中的旋转运动特性。光与物质相互作用中的角动量传递会对微粒产生力矩,使其做轨道旋转或者自旋运动。研究微粒在光场中的轨道和自旋运动特性,有助于了解其角动量传递的物理机制和促进光学旋转的应用。本文理论分析和实验研究了高折射粒子在拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束中的运动特性和规律;研究了近完美涡旋光束对低折射率粒子的旋转操纵,提出并证明了提高粒子旋转效率的方法。研究了双折射晶体微粒在圆偏振涡旋光束中的运动特性。提出了结合圆偏振和低阶涡旋相位来提高双折射晶体微粒自旋效率的方法,并证明了双折射晶体微粒在圆偏振高阶涡旋光束中轨道运动与自旋运动的同时存在。4.利用轴平面成像和操控技术研究了贝塞尔(Bessel)光束、径向高阶LG光束和倾斜Bessel光束的直线轨迹输运微粒,以及艾里(Airy)光束和蛇形光束的弯曲轨迹输运微粒的动力学特性。光学输运在微粒分选中发挥着日益重要的作用,而无衍射光束的长距离传播特点使其成为了光束输运微粒的理想工具。本文提出的轴平面成像和操控技术为研究无衍射光束的光学输运特性提供了有效的工具。利用零阶Bessel光束和径向高阶LG光束,实现了在紧聚焦条件下长达300μm的轴向输运距离。利用倾斜Bessel光束,实现了倾斜角18.7°的斜线轨迹光学输运。利用Airy光束和蛇形光束,实现了沿弯曲轨迹的光学输运。对于多种类型的无衍射光束光学输运的分析,有助于光学分选在复杂环境中的应用研究。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
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