飞秒激光捕获和操纵金属纳米颗粒过程中的非线性效应及其应用的研究

传统的光镊系统对物体的操纵都是基于操纵激光与被操纵样品之间的线性极化作用。最近我们发现，当采用超短激光脉冲操纵金属纳米颗粒时，光学微操纵行为与连续光相比具有显著差异，非线性极化效应变得十分明显，出现了"光阱劈裂"等现象（Nature Physics,6,1005,2010）。基于此，本项目拟进一步开展如下工作：（1）研究线偏振飞秒激光对球形、棒型及三角形等不同形状的金纳米颗粒的捕获和操纵；（2）研究圆偏振、径向偏振等不同偏振状态下的飞秒激光对不同形状的金纳米颗粒的光学捕获和操纵；（3）研究不同形状的金纳米颗粒在不同偏振状态的飞秒激光脉冲的激发下的双光子荧光特性。通过本项目的工作，将进一步揭示非线性极化效应影响光学微操纵过程的规律和机制。利用非线性极化作用形成的光阱结构，发展光学微操纵和光学微加工的新方法。利用各种形状金纳米颗粒在不同矢量光束激发下的发光特点，发展其在生物成像等领域的新应用。

本课题拟研究纳米颗粒在飞秒激光捕获与操纵过程中的非线性光学效应、物理机制和在各领域中的应用。在本项目的研究过程中，开展了如下工作：（1）实现了线偏振飞秒激光对球形、棒型等不同形状的金纳米颗粒的捕获和操纵；（2）研究圆偏振、径向偏振等不同偏振状态下的飞秒激光对不同形状的金纳米颗粒的光学捕获和操纵；（3）研究不同材料、不同形状的纳米颗粒在飞秒激光脉冲的激发下的双光子荧光特性，并研究了其在显微成像等领域中的应用。通过本项目的工作，进一步揭示了非线性极化效应影响光学微操纵过程的规律和机制。利用各种纳米颗粒在不同光束激发下的发光特点，发展了其在生物成像等领域的新应用。在Scientific Reports等期刊上发表了多篇高水平论文，并申请发明专利5项，培养了多名研究生（已毕业10名硕士生）和青年科技人员。