光学扳手——光的轨道角动量探秘.doc

光学扳手——光的轨道角动量探秘

???大学物理仿真实验

??光学扳手——光的轨道角动量探秘

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??一、实验简介

??20世纪70年代Ashkin?在实验中观察到光镊现象,这一现象引起了物理学者和生物学者的极大兴趣,人们在利用光镊实现了对微米、亚微米生物或其他大分子微粒细胞的步伐的俘获，并在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触性、无损活体操作，近几十年来光技术的研究和应用已经成为生命科学等领域不可或缺的工具。

??随后，人们在实验中发现环形光场分布的光束不仅可以提高光镊中光束对微粒的俘获效率，而且某些环形光束(如拉盖尔高斯光束)所携带的轨道角动量可以传递给吸收性的微粒，驱动微粒旋转，这一发现为生物技术、材料科学以及原子物理的诸多应用领域提供了一种新的实验工具，它显示某些光束不仅可以实现对微粒的无接触俘获和平移，且还可实现对微粒的无接触旋转。这种利用光束的角动量实现对微粒的无接触旋转同我们生活中使用的扳手很相似，因此人们形象地把这种工具称为“光学扳手”。

??本实验利用空间光调制器来调控光场的产生，演示了微粒在高斯光束捕获现象，同时利用实现了微粒在不同偏振的涡旋光场中的自转，以及公转现象，并且探究了影响微粒旋转的因素，此外还演示了不同横向模式的产生以及转换，这为学生更好地理解光学扳手的概念以及轨道角动量奠定了基础。

??二、实验目的

??1．激光模式认识：拉盖尔高斯模；厄米高斯模；振幅、相位结构；

??2．汇聚光场与微观粒子的力学相互作用；

??3．空间光调制器调控激光高阶模式：SLM调控光场复振幅分布的原理，生成光栅；利用SLM将高斯光场转换为高阶模式光场，观察光场的强度分布；利用MZ干涉仪，检查高阶模式光场的相位分布；

??4．柱状透镜激光模式变换：利用柱状透镜观察LG模式与HG模式直接的转换