光学与光子学丛书：光镊技术 [Optical Tweezers Technology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李银妹，姚焜 著

图书标签:

• 光学镊
• 光子学
• 生物物理
• 微纳操控
• 激光技术
• 光学仪器
• 生物医学工程
• 精密测量
• 软物质物理
• 单分子研究

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030466709

版次：1

商品编码：11870816

包装：精装

丛书名： “十二五”国家重点图书出版规划项目光学与光子学丛书

外文名称：Optical Tweezers Technology

开本：16开

出版时间：2015-12-01

用纸：胶版纸

页数：475

字数：600000##

内容简介

　　《光学与光子学丛书：光镊技术》分为上中下三篇，系统地介绍光镊技术的原理、技术、装备和应用。上篇从光的力学效应发展的历史，全面介绍光镊技术的由来，光镊技术的原理、功能和特点，光镊设备，设备的设计，操控和测量技术与方法，给出表征光镊技术的参数。中篇对光镊仪器单元技术和测试技术做了全面介绍，详细介绍了光镊力的测量方法和精度，分析了各种方法的测量误差，给出了光镊光场的电磁场和几何光学的基本理论分析方法，较全面地分析光镊技术应用过程中遇到的光镊仪器自身的技术问题。下篇将其应用分为光镊与单分子生物学、光镊与细胞生物学、光镊与胶体科学以及光镊与物理学四个领域进行介绍，例举了国际上已用光镊技术成功解决的难题，详细阐述了每一个问题解决的方法，读者可以根据自己工作领域的需求寻找与光镊技术结合的切入点，用于解决本学科的问题。
　　通过《光学与光子学丛书：光镊技术》，读者可以认识和了解光镊这项新技术，适合物理、光学、生物以及相关交叉领域的科研工作者参考阅读。

内页插图

目录

前言
上篇光镊原理、技术和装置
第1章光压
1.1光压
1.1.1光压的概念
1.1.2光压的观测
1.2激光光压
1.2.1激光特点
1.2.2激光光压
1.3光压的应用
1.3.1太阳帆宇航器
1.3.2原子冷却和原子捕陷
1.3.3微米微粒的光悬浮
1.4总结
ArthurAshkin简介
参考文献
第2章光镊原理、功能和特点
2.1光镊名称的由来
2.2光的辐射压力
2.2.1光力
2.2.2光与物体相互作用
2.3梯度力和散射力
2.3.1梯度力和散射力的形成
2.3.2高斯光场的梯度分布
2.4光阱
2.4.1二维光阱
2.4.2三维光阱
2.5光操控
2.5.1光陷阱效应
2.5.2直接操控微米微粒
2.5.3间接操控纳米微粒
2.6光镊特点
2.7光镊的无损伤性
2.7.1光镊的热效应
2.7.2光阱中的局部温度
2.7.3光源波长的选择
2.8微纳米操控技术的比较
2.9总结
参考文献
第3章光镊的构建和参数
3.1光镊装置
3.2光捕获元件
3.2.1捕获光源
3.2.2捕获聚焦镜
3.2.3光耦合器
3.3光镊操控方式
3.3.1被动操控
3.3.2主动操控
3.4样品和样品室
3.4.1样品
3.4.2样品室
3.4.3样品室种类
3.5视频法位置探测
3.5.1视频法照明系统
3.5.2视频显微成像系统
3.5.3视频法特点
3.6光镊参数的定义
3.6.1光阱力
3.6.2光阱势能曲线
3.6.3光阱阱位
3.6.4光阱阱域
3.6.5光阱刚度
3.6.6光阱捕获效率
3.7光镊系统设计
3.7.1有限远显微成像的光镊
3.7.2无限远显微成像的光镊
3.7.3系统设计
3.8光镊仪器
3.8.1光镊微操作仪
3.8.2单分子光镊力谱仪
3.9总结
参考文献
第4章各种类型的光镊
4.1时间调制光镊
4.1.1时间调制原理
4.1.2时分复用光阱有效刚度的数值模拟
4.1.3扫描光力驱动法
4.1.4旋转玻片位移法
4.2空间调制光镊
4.2.1贝塞尔光束光镊
4.2.2空心光束光镊
4.2.3偏振光束光镊
4.3全息光镊
4.3.1全息光镊原理和算法
4.3.2空间光调制器
4.3.3全息光镊的应用
4.4光纤光镊
4.4.1光在光纤中传播
4.4.2光纤光镊与微粒受力
4.4.3光纤端头加工
4.4.4光纤光镊装置
4.4.5光纤光镊特点
4.5近场光镊
4.5.1近场光学衍射极限
4.5.2近场光镊
4.6微型光镊
4.6.1微型光镊微操作仪
4.6.2双光镊单分子力谱仪
4.6.3微型全息光镊
4.6.4芯片光镊
4.7融合其他技术的光镊
4.7.1光刀光镊
4.7.2拉曼光镊
4.7.3磁光镊
4.8总结
参考文献
中篇光镊技术
第5章光镊参数的测量和标定
5.1探测器工作原理
5.1.1数码相机
5.1.2光电位置探测器
5.2图像分析法
5.2.1图像灰度重心法
5.2.2图像相关运算法
5.2.3图像尺寸法标定轴向位置
5.2.4图像信息熵法
5.3位置测量与分析
5.3.1微粒的散射光探测
5.3.2散射光测量的理论模拟
5.3.3散射光的测量
5.3.4位置探测器的标定
5.4光阱力的测量
5.4.1光阱中微粒的受力分析
5.4.2流体力学法测量光阱力和最大光阱力
5.4.3双光阱法测量横向力场分布
5.5光阱刚度的标定
5.5.1流体力学法
5.5.2热运动分析法
5.5.3刚度标定方法的比较
5.6光阱势能曲线的测量
5.6.1测量原理
5.6.2简谐区势阱的测量
5.6.3非简谐区势阱的测量
5.7光镊中多微粒的分辨
5.7.1背散光法区分微粒的原理
5.7.2不同粒径的背散光强
5.7.3光阱中多微粒分辨
5.7.4粒径与散射光强
5.8总结
参考文献
第6章光阱力的理论模型
6.1光阱力理论模型及其分类
6.2几何光学模型理论和应用
6.2.1光线对界面力的分析
6.2.2光阱对球形微粒的作用力分析
6.2.3光线追迹软件应用于光力计算
6.2.4矢量光线追迹法计算光力
6.3电磁模型理论和应用
6.3.1电磁场对微粒的作用力
6.3.2洛伦兹—米氏散射理论
6.3.3广义洛伦兹—米氏散射理论
6.3.4GLMT理论计算光镊辐射力
6.3.5瑞利模型计算辐射力
6.3.6T矩阵法计算辐射力
6.3.7时域有限差分法计算辐射力
6.3.8角谱分析法计算辐射力
6.4总结
参考文献
第7章光镊系统的优化设计
7.1捕获效率Q值的优化设计
7.1.1研究光镊捕获效率的意义
7.1.2捕获效率的理论和实验
7.2光镊系统的球差修正
7.2.1光阱中的球差分析
7.2.2球差补偿方法
7.2.3球差对光阱纵向刚度的影响
7.3油浸物镜的数值孔径利用率
7.3.1光镊中球差的光线光学模型
7.3.2有效数值孔径的计算
7.3.3捕获效率与数值孔径利用率的数值分析
7.4提高光阱横向捕获效率
7.4.1近轴光线对横向捕获效率的影响
7.4.2捕获效率与位移之间的关系
7.5纵向位移与横向位移的关系
7.5.1流体力学法测量光阱力存在的问题
7.5.2流体力学法测量阱中小球的纵向位移
7.5.3纵向位移的理论计算
7.5.4流体力学法进行刚度标定的合理性
7.6采集带宽对刚度标定的影响
7.7总结
参考文献
……
第8章参量测量的不确定度和噪声分析
第9章光镊—光致旋转
第10章非光力镊子
下篇光镊技术的应用
缩略语表
后记
彩插

前言/序言

丛书系列导读：光学与光子学丛书 光学与光子学丛书旨在系统、深入地探讨现代光学与光子学领域的前沿理论、关键技术及其在各个学科中的创新应用。本丛书致力于构建一个涵盖基础理论到尖端技术实现的知识体系，为研究人员、工程师以及高年级学生提供权威、前瞻性的参考读物。 本丛书的出版宗旨是紧跟学科发展脉搏，尤其关注那些正在经历快速技术迭代和理论突破的细分领域。我们深信，光学与光子学是连接基础物理学与工程实践的关键桥梁，其进步正深刻地影响着信息技术、生物医学、材料科学以及精密制造等多个领域。 丛书的编辑团队汇聚了光学、量子光学、光电子学、应用物理学等领域的资深专家，确保每一部著作的学术严谨性和技术前沿性。我们力求每一本书既有扎实的理论深度，又能清晰阐述其实际操作和工程实现细节。 本丛书计划涵盖一系列重要主题，例如： 1. 激光物理与技术 本部分聚焦于现代激光器的设计、性能优化及其在工业、科研和医疗领域的应用。内容将涵盖从基础的受激辐射理论到先进的超快激光技术、高功率激光系统、新型增益介质的研究。读者将了解到如何精确控制激光的波长、相位、偏振态以及脉冲特性，以满足特定应用场景的严苛要求。重点关注腔设计、非线性效应的抑制与利用，以及激光安全规范。 2. 非线性光学与超快现象 这是探索光与物质在强光场相互作用下产生的非线性效应的专业分支。本系列内容深入探讨了高次谐波产生、参量过程、自相位调制、克尔效应等现象的微观机理与宏观表现。特别关注皮秒和飞秒脉冲在介质中传播时所展现的动态过程，以及如何利用这些效应实现超快信号的产生与操控，例如太赫兹波的产生和光孤子的研究。 3. 光电子学与集成光学 本部分致力于半导体光电子器件的研究与开发，以及如何将光学功能集成到微米乃至纳米尺度。内容覆盖了从基础的半导体光吸收、发光机理到高性能光电探测器、调制器和激光二极管的设计与制造工艺。此外，集成光路（Photonic Integrated Circuits, PICs）的设计原理、波导理论、光耦合技术以及硅光子学的最新进展将是重点，旨在推动下一代高速光通信和片上传感系统的发展。 4. 散射、成像与传感技术 本领域关注光在复杂介质中的传播行为及其在信息获取中的应用。内容包括对瑞利散射、米氏散射等理论的详尽解析，以及如何利用这些散射特性来探测颗粒物、分析材料微观结构。在成像方面，将系统介绍衍射极限的突破技术，如超分辨显微技术（STED, PALM/STORM）、计算成像方法、光学层析成像（OCT）的最新进展及其在生物医学诊断中的应用。传感技术部分则侧重于光纤传感器、表面等离子体激元（SPR）传感器的工作原理和实际构建。 5. 量子光学与信息科学 这是光学与量子力学深度交叉的前沿领域。本部分探讨了光子的量子特性，如纠缠、压缩态光、单光子源的制备与测量。深入介绍量子密钥分发（QKD）的物理基础、量子隐形传态的实验实现，以及基于光子的量子计算模型。内容强调如何利用光场的量子涨落来超越经典物理的极限，实现信息处理和测量的根本性变革。 --- 本丛书强调： 理论的严谨性： 确保所有数学模型和物理推导符合最高学术标准。 技术的实用性： 详细介绍关键实验装置的搭建和关键参数的控制方法。 交叉学科视野： 鼓励读者将光学知识应用于生物学、化学、材料工程等相关领域。 我们相信，《光学与光子学丛书》将成为推动我国乃至全球光学光子学领域研究与创新不可或缺的重要工具书与参考资源。每一部著作都代表了特定方向的知识前沿，旨在激发读者进行更深层次的探索与实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的，是一种豁然开朗的惊喜。原本以为光镊技术是高深莫测的物理学概念，没想到在《光学与光子学丛书：光镊技术》中，我找到了如此清晰易懂的解读。《光学与光子学丛书：光镊技术》的优点在于，它能够将复杂的物理原理，如梯度力、散射力等，用非常直观的方式呈现出来。书中的例子选取得十分贴切，例如用小球在河流中受到的推力和拉力来比喻光镊的作用，这种生动的类比让我能够快速理解核心概念。我特别喜欢作者对光镊系统构建的介绍，从激光器的选择，到光学元件的配置，再到探测和控制系统的设计，整个过程被描绘得井井有条。这让我意识到，光镊技术并非遥不可及，而是可以通过科学的原理和精巧的设计来实现的。更重要的是，本书强调了光镊技术在不同学科领域的交叉融合，比如在单分子力谱、细胞力学等前沿研究中的应用。这种跨学科的视角，让我看到了科学研究的广阔前景，也激发了我对其他相关领域的好奇心。总而言之，这本书成功地打破了我对物理技术的刻板印象，让我领略到了科学的趣味性和实用性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，就像是经历了一场引人入胜的科学探险。在《光学与光子学丛书：光镊技术》中，我仿佛置身于一个充满挑战与机遇的实验室，每一次翻页都像是揭开了一个新的研究课题。作者并没有简单地罗列技术细节，而是深入探讨了光镊技术在实际应用中所面临的各种难题，以及科学家们是如何运用智慧去克服这些挑战的。我印象深刻的是关于高精度操控的章节，书中详细介绍了如何通过优化激光参数、设计特殊的陷阱形状来提升光镊的捕获能力和定位精度。这种对细节的关注，以及作者对实验设计中各种细微之处的考量，都让我看到了科学研究的严谨与创新。我特别欣赏书中对不同类型微粒（例如生物细胞、纳米颗粒）在光镊作用下表现出的差异的分析，这让我对光镊技术在生物医学研究中的广泛适用性有了更深的认识。读到最后，我甚至觉得自己的思维也变得更加敏锐，开始尝试分析现实生活中的一些现象，并思考是否能用光镊技术来解决。这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本激发思考、启迪智慧的读物，它让我深刻体会到，科学的魅力在于解决问题，而光镊技术正是解决微观世界难题的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像是一堂精心设计的科普课程，让我对光镊技术有了全方位的了解。在《光学与光子学丛书：光镊技术》中，我不仅学习了光镊的基本原理，还深入了解了其发展历程和技术演变。作者在回顾历史时，提到了那些为光镊技术奠定基础的科学家们，以及他们突破性的工作，这让我对科学的进步有了更深的敬意。我尤其赞赏本书对不同类型光镊的分类介绍，例如全息光镊、动态光栅光镊等，这让我看到了技术的不断创新和多样化。书中对各种应用场景的描述，从纳米粒子的操纵到细胞的解剖，都展现了光镊技术的强大能力和无限潜力。让我感到惊喜的是，本书还涉及了一些关于光镊技术在未来可能发展方向的探讨，这让我对这项技术充满了期待。阅读过程中，我从未感到枯燥，反而被书中源源不断的知识和案例所吸引。这本书不仅提升了我对光学和光子学领域的认识，更让我对科学探索的精神有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

《光学与光子学丛书：光镊技术》这本书，给我带来了前所未有的求知满足感。它不是那种仅仅陈列公式和定理的教科书，而是充满了智慧的闪光点和巧妙的解释。我发现，作者在介绍光镊技术的操控机制时，运用了大量形象化的语言和贴切的比喻，让原本晦涩的物理概念变得生动有趣。比如，在讲解如何“夹取”和“移动”微小粒子时，书中将光压比作一股温柔的推力，而将聚焦的光束比作一个看不见的“口袋”，这种描述让我在脑海中立刻勾勒出了一幅清晰的画面。我尤其喜欢书中关于光镊技术在生物医学领域的应用案例，例如如何利用光镊精确测量蛋白质分子的力学性质，或者如何用它来分离和操控活体细胞。这些真实的科研场景，让我深刻体会到光镊技术是如何将基础研究与实际应用紧密联系在一起的。这本书的写作风格非常独特，它既有严谨的科学性，又不失趣味性，让我能够沉浸其中，乐此不疲。读完之后，我感觉自己不仅学到了知识，更重要的是，我对科学研究的内在逻辑和创新精神有了更深刻的体悟。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是一扇通往微观世界的大门！当我第一次翻开《光学与光子学丛书：光镊技术》时，就被它所描绘的那些精巧的“光之手”深深吸引。书中没有枯燥乏味的模型推导，而是用极其生动形象的语言，将光镊这个原本听起来相当科幻的技术，拆解成了一个个可以理解的物理现象。我尤其喜欢作者在介绍光镊基本原理时，对激光束的聚焦、光压的作用以及粒子如何被“抓住”和“移动”的描述。那些比喻，比如把光束比作一双有弹性的“镊子”，把微小粒子比作漂浮在水中的尘埃，都让我在脑海中构建出了清晰的画面。读完前几章，我甚至觉得自己也能“看见”光线如何与物质互动，仿佛能感受到那股无形的力量在操纵着微观世界。书中的配图也十分精美，每一张都恰到好处地解释了概念，让抽象的理论变得触手可及。我并非光学领域的专业人士，但这本书的叙述方式让我感到非常愉快，它没有让我觉得自己在“被教育”，而是像一位经验丰富的向导，带着我漫步在光镊技术的奇妙旅程中，让我对这个领域产生了浓厚的兴趣，并且开始思考它在生命科学、材料科学等领域的潜在应用。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

国内第一本全面介绍光镊的中文书籍，说是世界上光镊方面很经典的著作也不为过，由国内最早从事光镊研究工作的李银妹教授团队撰写，内容全面详实，语言精练优美严谨，仿佛是李教授将从事光镊30多年来知识、经验和体会全都凝聚在这本书中，或许是她退休前给后辈留下的最好最宝贵的财富，是光镊入门最好的教材，值得收藏！虽然价格有些贵，还是还不犹豫买了两本，一本自己珍藏，一本放在课题组。

评分☆☆☆☆☆

很全面的一本书，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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