一种基于金属颗粒的光力驱动微纳马达

本发明涉及光力驱动领域，具体涉及一种基于金属颗粒在液体或气体环境中的光力驱动微纳马达系统。

背景技术：

1、微纳马达是指在外界化学能、电能、光能、热能等能量输入下，微纳米级的物体能够发生运动，例如平移、收缩、自旋转动和轨道转动等的微小器件。微纳马达在药物输送、纳米制造、微尺度高精度测量等领域具有很高的应用价值。

2、目前已有的能够进行轨道旋转的微纳马达系统或方案有以下几种。利用涡旋光束离轴捕获颗粒并进行轨道旋转:y.zhao等人在汇聚的lg01光束中观察到了转速约为1hz半径约为几个微米的轨道旋转(期刊论文"spin-to-orbitalangularmomentumconversioninastrongly focusedopticalbeam,"phys.rev.lett.99(7),073901,2007)；a.lehmuskero等人将金属颗粒置于这样的光束中，通过增大拓扑荷和功率实现了86hz的转速，实现的轨道半径约为2μm(期刊论文"plasmonicparticlessetintofastorbitalmotionbyanopticalvortexbeam,"opt.express22(4),4349-4356，2014)。但受限于光的衍射效应，亮环的半径尺寸不能一直缩小，难以实现超小的轨道旋转半径。有利用特定构造的光场的方案：x.chen等人依靠横向位移的双光纤头构造特定的光场，使颗粒在其中实现了轨道旋转(期刊论文"dynamicsanalysisofmicrosphere inadual-beamfiber-optictrapwithtransverseoffset,"opt.express24(7),7575-7584,2016)。有利用外置轨道或者辅助器件的的方案：j.lu等人利用纳米光线作为辅助器件，使得颗粒可以绕着光纤旋转(期刊论文"light-inducedpullingandpushingbythesynergiceffectofopticalforceandphotophoreticforce,"phys.rev.lett.118(4),043601,2017)。但辅助轨道或特定者器件通常需要额外制备，且限制了转动系统的灵活性和适用范围。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，以期能实现在无外置轨道的情况下的超小半径的轨道旋转，并能极大的提高颗粒轨道旋转的转速。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种基于金属颗粒的光力驱动微纳马达的特点在于：是在一个无内置轨道的支撑台上设置有一个包含金属材料的颗粒作为转子，将经透镜汇聚的两束激光的光斑叠加照射在所述颗粒上，从而驱动所述颗粒绕着光斑中心进行轨道旋转，以形成光力驱动微纳马达。

4、本发明所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达的特点也在于：两束激光的光源均为准单色光源，或者两束激光的光源为一个宽谱光源中的两个单色波段。

5、两束入射激光的光束均为圆偏振的高斯光束。

6、所述包含金属材料的颗粒为纯金属材料的颗粒或者含有金属的复合材料的颗粒。

7、设置入射激光的波长，使得所述颗粒在激光的作用下激发出局域表面等离子体共振。

8、通过调节入射光的功率来调节所述颗粒绕着光斑中心旋转的半径大小。

9、通过调节入射光的功率来调节所述颗粒绕着光斑中心旋转的转速。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

11、本发明实现了一个超小的高速的光力驱动微纳马达，能在液体或者气体环境中依靠光力驱动纳米金属颗粒离轴捕获并进行轨道旋转。该马达不需要外置轨道，由入射光提供环形光学势阱作为轨道，装置简单，操作简便；由于其轨道半径取决于两束光在径向方向上光力的平衡，其旋转半径不受光学衍射极限的限制从而更小；由于光束激发了颗粒的局域表面等离子体共振，带来的颗粒散射截面的增加，可以使得旋转速度很高。该马达在微纳机械、纳米流变学、微纳尺度高精度测量等领域很有应用价值。

技术特征：

1.一种基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：是在一个无内置轨道的支撑台上设置有一个包含金属材料的颗粒作为转子，将经透镜汇聚的两束激光的光斑叠加照射在所述颗粒上，从而驱动所述颗粒绕着光斑中心进行轨道旋转，以形成光力驱动微纳马达。

2.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：两束激光的光源均为准单色光源，或者两束激光的光源为一个宽谱光源中的两个单色波段。

3.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：两束入射激光的光束均为圆偏振的高斯光束。

4.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：所述包含金属材料的颗粒为纯金属材料的颗粒或者含有金属的复合材料的颗粒。

5.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：设置入射激光的波长，使得所述颗粒在激光的作用下激发出局域表面等离子体共振。

6.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：通过调节入射光的功率来调节所述颗粒绕着光斑中心旋转的半径大小。

7.如权利要求1所述的基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，其特征在于：通过调节入射光的功率来调节所述颗粒绕着光斑中心旋转的转速。

技术总结本发明公开一种基于金属颗粒的光力驱动微纳马达，是将两束激光的光斑叠加照射在无内置轨道的支撑台上的金属颗粒上，以驱动颗粒绕着光斑中心进行轨道旋转。本发明利用金属在光照射下的局域表面等离子体共振，使颗粒在光束横截面上离轴平衡并进行轨道旋转，从而实现亚波长的超小轨道旋转半径，同时极大的提高颗粒轨道旋转的转速，以实现一个超小的高速的光力驱动微纳马达。技术研发人员：周雷鸣,朱小雨,黄禅,方昱玮,胡继刚受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/14