文献综述（或调研报告）：
Ashkin及其合作者首先利用单束强聚焦的激光实现了对水中电介质微粒的稳定捕获，标志着光镊技术的诞生。光镊是利用光与物质间的动量传递产生的力学效应而形成的三维梯度力光势阱，当光与物质相互作用时，通常会伴随有动量的交换，而动量的交换就会表现为光与物体之间的相互作用力。当粒子的尺寸远远大于光波长时，可利用几何光学模型来分析粒子的受力情况; 当粒子的尺寸远远小于光波长时，可用瑞利散射模型来分析。[1]
传统光镊系统通常是由激光源、扩束系统、高数值孔径物镜、耦合镜探测器等来实现对微粒的操控。光镊技术的基本原理如下：激光通过聚焦形成三维光阱，通过光的梯度力将微小物体控制在光阱处，可通过光束的移动来对微小物体进行操控。
单一光阱难以操控多个微粒，为了解决这个问题，提出了一次能产生多个光阱的全息光镊。为了克服衍射极限的困难，提出了利用等离子体光镊和波导光镊产生的倏势场来对微粒进行操控。接着，光纤光镊的提出大大简化了传统光镊的装置，并且操作性很强。[2]
全息光镊即利用计算机产生的全息图通过空间光调制器整合，再经过激光束扩束、准直的处理后再次入射到空间光调制器中，经过衍射调制成所需的光强分布，最后通过望远镜系统得到一个光阱阵列。等离子体光镊技术是指在金属导体和电介质的界面，由于金属表面的光与金属自由电子的相互作用，自由电子与光波发生谐振从而产生等离激元。这种谐振能够将光场局限在金属纳米结构表面，增加光场强度，突破衍射极限，从而实现对纳米颗粒的操控。光在光波导中传播时会在波导表面产生倏势场，利用倏势场产生范围广、损伤性小的光力可对微粒进行操控，即为波导光镊。而光纤光镊则是利用光纤头出射的聚焦光束作为光镊。虽然目前国际上进行光捕获和操控的方法很多，每种方法都有各自的优势以及应用范围，但是同时他们也存在各自的应用局限。
光镊自问世到现在，经过了漫长的发展，其性能有了极大的进步，应用场景也变得越来越广泛。近年来，关于光镊的研究热度不减。传统光镊形成方法只能控制像平面上的光场，因此在多个不同平面上的微粒不能同时被操纵。Cheng等人提出的通过分数阶波带片形成光镊，在主焦点平面外形成了次级焦点，可以同时捕获位于光束不同焦平面的多个粒子，实现了捕获粒子的自定义定位，为三维光镊的构建提供了依据[7]。Shaw等人通过分组算法和分光计，实现了扫描全息光镊。该方法结合了扫描光镊工作区域大与全息光镊可形成高斯结构以外陷阱及陷阱可在焦平面内外移动的优点[6]。针对传统光镊所受衍射极限的束缚，Grigorenko等人报告了一个基于纳米结构基板的三维纳米光镊的实验实现。纳米点光学近场使捕获粒子的捕获体积超过衍射极限，并减弱了捕获粒子的布朗运动，且可以在更小的激光功率下实现实体的纳米级控制[8]。Tanaka等人提出了双臂光镊系统，具有易交换的末端执行器，可以在不需要昂贵的空间光调制器的情况下，基于TSS方法生成灵活复杂的三维或大规模光阱[3]。Nkosiphile 等人演示了一个带有数控的高阶庞加莱球光束阵列的全息光镊，通过对标量光束分别调制，可以在二维平面内产生任意的矢量光阱，并可以实现高刷新率，然后对比了不同偏振态的矢量光阱的捕获效果[4]。Moradi等人从理论上和实验上研究了球面像差、聚焦透镜的数值孔径、粒子大小等不同参数对径向、方位角和线偏振光束光阱刚度的影响。基于广义洛伦茨米氏理论的计算结果与实验结果吻合较好，表明所研究的参数决定了哪种偏振态具有光捕获的优势[10]。
光镊技术的发展不仅是光学领域的进步，在其它学科领域也有重要的应用。在生物医学方面，光镊常被用于细胞、细胞器以及生物分子的操纵。Neupane等人通过使用光学镊子观察单个分子穿过能量屏障的微观扩散运动，测量了核酸和蛋白质折叠的过渡路径，验证了折叠反应的物理理论[9]。在微操纵领域，光镊可实现微米甚至纳米级的粒子捕获与操纵。通过将光学力与流体力学相结合，成功地演示了在微流体通道中直径为80-150纳米的金属纳米粒子的光学捕获、分选和传输，填补了纳米级光学分选和光阱捕获之间的空白[11]。Albay等人利用反馈控制的方法，结合光阱力，设计了一种了基于光镊中布朗粒子的高精度位置检测和超快反馈控制的光反馈陷阱系统，该系统可控制生成所需形状的时空虚拟势。光镊还在原子操控、量子计算等领域起到重要的作用。光镊可以用于实现粒子的激光冷却[13]，以及粒子的排列。Nogrette等人实现了具有任意几何形状的全息二维微阱阵列中的单原子俘获，陷阱距离最小可达3微米[5]。基于这项研究，Barredo等人利用全息光镊，将原子逐个、逐平面地排列成几乎任何几何形状的目标结构。这些结果为空间中任意排列数十个量子位元的量子模拟提供了前景，并表明利用现有技术实现数百个单独控制的量子位元系统是可行的[14]。
目前，光镊实现的光学捕获与操控还存在一定的限制。例如光镊操作往往需要聚焦的、高强度的光对粒子进行操控，这限制了被操纵物体的形状、材料和大小等[14]。因此研究者们在对光镊的性能不断改进，或是寻找其它实现光学捕获、操控的方法。如光的热学效应、光悬浮等。目前国内对于光的力学效应在课堂和实验教学方面还十分欠缺。通过对三维光镊地算法仿真，可以加深对光镊的物理原理与工作原理的理解，为光镊的研究与应用提供帮助。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
