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申请/专利权人：横店集团得邦照明股份有限公司

摘要：本发明公开了一种利用任意偏振光束实现椭球粒子取向控制的方法，包括以下步骤，样品配置、光场调控、椭球粒子取向观察以及椭球粒子取向控制；本发明还公开了一种利用任意偏振光束实现椭球粒子取向控制的方法所使用到的装置；本发明可以精确控制椭球形纳米粒子的位置和旋转角度，通过创新的光学设计和控制策略，能够克服椭球形纳米粒子的复杂性和非对称性，实现在三维空间中的精确定向操控，从而拓展了光学镊技术的应用范围和精度；本发明由于能够精确操控椭球形纳米粒子的位置和旋转角度，特别适用于多种复杂的纳米尺度应用场景。

主权项：1.一种利用任意偏振光束实现椭球粒子取向控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、样品配置：将需要测试的椭球型粒子溶解于线性溶剂中，并将其置于超声波振荡器中，使粒子在线性溶剂中均匀分布，从线性溶剂中取适量样品并涂布在载玻片上；B、光场调控：在三维空间中考虑具有任意线性偏振矢量光束的焦场，光束的极化方向用两个角度θ0和表示，其中，θ0和分别是极角和方位角，在经透镜聚焦后的焦场范围内，电场可以表示为： 其中，λ是入射光波长，θ是由镜头数值孔径NA决定的最大聚焦角度，rp＝x2+y212和φ＝arctanyx是焦场范围内的极坐标，zρ是焦场范围内的纵坐标、i为复数标识符；线偏振矢量光束通过三个电偶极子A，B，C叠加而生成，这些电偶极子位于高数值孔径的焦点处；电偶极子A、B和C的振动方向分别沿着x、y和z轴；在经高数值孔径透镜聚焦后，通过Richard-Wolf矢量衍射理论进行计算，电偶极子系数表示为： 其中，偶极子A的Ax、Ay和Az表示为： 偶极子B的Bx、By和Bz表示为： 偶极子C的Cx、Cy和Cz表示为： C、椭球粒子取向观察：当θ＝90°和时，电偶极子系数表示为： 当设置θ＝90°和时，A偶极子占据主导地位，这种设置使得在焦点附近形成局部的线偏振光束，并且偏振方向沿着x轴；当θ＝90°和时，电偶极子系数表示为： 当设置θ＝90°和时，B偶极子占据主导地位，这种设置使得在焦点附近形成局部的线偏振光束，并且偏振方向沿着y轴；当θ＝0°和时，电偶极子系数表示为： 当设置θ＝0°和时，C偶极子占据主导地位，这种设置使得在焦点附近形成局部的线偏振光束，并且偏振方向沿着z轴。当设置不同的θ和时，在紧聚焦的焦场范围内观测椭球粒子的取向；D、椭球粒子取向控制：椭球粒子的局域坐标系X,Y,Z与实验室坐标系x,y,z之间存在旋转矩阵为： 其中，Θ0,Φ0分别是椭球粒子在三维空间中的极角和方位角，用于描述三维空间中椭球粒子的定向特性；通过旋转矩阵Q，将局部坐标系中的电极化率转换到实验室坐标系中；生成的具有任意线性偏振矢量光束经高数值孔径聚焦后用于微纳粒子的捕获；在瑞利范围内Rλ，考虑一个均匀的、非磁性的椭球粒子，其半短轴为Ra，半长轴为Rc；Ra和Rc均远小于入射波长λ，使得整个粒子上的电场是均匀分布的；假设介电常数为的椭球型瑞利粒子浸入介电常数为的介质中；当椭球粒子被任意线性偏振矢量光束的紧聚焦光束捕获时，椭球粒子上的受力分为梯度力和辐射力两部分： 其中，是椭球粒子的电极化率，双横线代表二阶张量；μ0是真空中的磁导率；圆频率，k＝2πλ表示波数；ε0为真空介电常数，c为光速，Im为虚部标识符；根据Claussius-Mossotti定理，修正后的电极化率写为： 各向异性椭球粒子的电极化率在局域坐标系X,Y,Z中表示为： 通过调控入射光场的与粒子取向Θ0,Φ0直接的关系为：θ＝Θ0；通过控制入射光场的角度实现椭球粒子空间取向的调控。

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