中文摘要：

基于玻璃基底列阵波导能够获得多光束出射的特性，把这种器件应用到光捕获微粒中来，在理论上分析基于玻璃基底列阵波导获得的多光束捕获微粒时的辐射力，特别是相邻光束对捕获微粒产生的影响。得出不同光斑大小和不同形状分布的多光束捕获微粒的辐射力的计算结果。在实验上，本项目拟对基于玻璃基底列阵波导进行进一步的研究，将直线式、相同光斑大小的多光束出射的波导进行拓展，研究不同光斑大小和不同形状分布的多光束出射波导，并且将其应用到光镊装置领域，从而来分析不同光斑大小和不同形状分布的多光束光镊来捕获和分选微粒。希望该项目的研究取得实质性的进展，最后得出用多光束操控微粒的优越性。我们预期该研究结果将为研制多光束光镊操控装置的理论和实验研究提供科学依据。同时为生物医学上的应用提供一种新的、小型化、集成化的多光束光镊操控装置。

结论摘要：

本项目按照原计划进行，完成了主要的研究内容，并拓展了一些研究内容，取得了相关的成果。本项目按照相关理论计算了光对粒子的辐射力；课题组设计了基于玻璃基底的光波导阵列产生多光束光镊，制备了光波导阵列，并且在实验室搭建了多光束光镊的实验平台，并应用于微粒的俘获。平面光波导的阵列研究表明利用基于玻璃基底的光波导阵列可以产生多光束，其装置较其它的多光束光镊装置更为简便，但是其光损耗太大，要使单个光点的功率能稳定俘获一个粒子，则需要入射光的总功率较高。为此通过综合分析和考虑，本课题又提出了利用相位菲涅尔透镜阵列产生多光束阵列，而利用相位菲涅尔透镜阵列则很好地解决了光损耗太大的问题。利用空间光调制器制备的相位菲涅尔透镜阵列可以产生效率更高的多光束，而且也可以更为方便地操控粒子。基于相位菲涅尔透镜阵列的多光束光镊能够直接应用于组建纳米结构实验和粒子分类实验中，有利于物理学和生物学的对微观物质的研究。 光镊是因为粒子在光场中所受到的辐射力的作用，能够稳定的俘获粒子。本项目分析了不同的光束对粒子的辐射力的作用和应用。本项目对余弦高斯光束对粒子的辐射力进行分析，发现通过调节余弦高斯光束的相关参数，可以使光束在中心位置俘获折射率高于周围介质的粒子或者折射率低于周围介质的粒子。此外，我们还对洛伦兹高斯光束对粒子的辐射力的进行分析，研究表明利用洛伦兹高斯光束可以有效地扩大光镊俘获粒子的有效范围。这些研究为研究者在具体的光镊实验中根据具体的情况选择合适的光束作为光镊的入射光束提供重要的指导。 艾里光束与普通的高斯光束不同，艾里光束在光操控粒子领域中能够起到清除粒子或者横向转移粒子的作用。本项目提出了一种艾里变换的光学装置，将此装置应用于艾里光束的产生和调制上，并且利用平顶高斯光束的艾里变换产生了一种新的类似于艾里光束的光束。圆形的艾里光束具有突然自动聚焦的性质，这种突然自动聚焦的性质在激光治疗以及光镊领域内具有非常重要的应用价值。本项目还研究了含有光学涡旋的圆形艾里光束的自动聚焦特性，发现光学涡旋的引入，不但使得圆形艾里光束具有了光学轨道角动量，而且使得光学的突然自动聚焦特性得到很大地提升。在初始的光功率相同的情况下，一组对偶的光学涡旋引入会使光束的自动聚焦程度增加近5倍。这些研究成果不但有利于改善光镊的性能，对激光应用于生命科学中也有在重要的意义。