1. 本选题研究的目的及意义
激光光镊作为一种非接触式操控技术，在生物学、物理学、化学等领域展现出巨大潜力。
其利用高度聚焦激光束产生的力学效应，能够对微纳尺度粒子进行捕获、移动、旋转等操作，为探索微观世界提供了有力工具。
本选题聚焦于大粒子在激光光镊中的受力问题，旨在利用射线光学法对大粒子受力进行理论计算和分析。
2. 本选题国内外研究状况综述
激光光镊技术自1970年被Ashkin发明以来，得到了迅速发展，并在不同领域展现出巨大应用潜力。
对于小粒子（瑞利散射范围），光镊受力可以用米氏散射理论精确描述。
但对于大粒子，由于其尺寸与激光波长相当或更大，米氏散射理论不再适用，需要发展新的理论模型来解释其受力机制。
3. 本选题研究的主要内容及写作提纲
1. 主要内容
本研究将以射线光学理论为基础，针对大粒子在激光光镊中的受力问题展开深入研究，主要内容包括以下几个方面：
1.激光光镊原理及射线光学理论:介绍激光光镊的基本原理、光阱形成机制、光力产生机理等。
阐述射线光学的适用条件，推导光线在介质表面反射和折射的计算公式，为后续大粒子受力分析奠定基础。
4. 研究的方法与步骤
本研究将采用理论分析、数值计算和仿真实验相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.理论分析阶段：深入研究激光光镊的基本原理、光阱形成机制和光力产生机理，重点关注大粒子光操控的特点和难点。
系统学习射线光学理论，推导光线在介质表面反射和折射的计算公式，分析射线光学法在大粒子光力计算中的适用性。
基于射线光学理论，建立大粒子在激光光镊中受力的计算模型，推导光力和力矩的表达式，并分析模型的适用范围和局限性。
5. 研究的创新点
本研究的创新点在于：
1.模型创新:将射线光学法应用于大粒子光镊受力计算，建立了适用于大粒子的简化模型，克服了传统米氏散射理论对粒子尺寸的限制，为分析大粒子光操控提供了新的思路和方法。
2.方法创新:结合数值计算和仿真实验，对不同尺寸和形状的大粒子在光镊中的受力情况进行系统分析，揭示了大粒子光操控的规律，为优化操控参数、提高操控效率提供了理论依据。
3.应用创新:本研究成果可为生物细胞操控、微纳加工、胶体科学等领域提供新的技术手段，例如利用光镊对细胞进行精确操控、对微纳颗粒进行组装和排列等，具有重要的科学意义和应用价值。
6. 计划与进度安排
第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。
第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲
第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文
7. 参考文献（20个中文5个英文）
1. 刘延柱，洪健. 光镊及其应用[M]. 北京: 科学出版社, 2019.
2. 郭永康，刘照伟，张聿全. 基于光阱微粒捕获力的直接测量方法[J]. 物理学报, 2020, 69(19): 194203.
3. 吴逢铁. 基于光力的微粒操控技术研究[D]. 长春: 吉林大学, 2021.
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