基于折射率渐变材料光子纳米射流的特性研究

摘要

由于光学捕获和光学微操控具有精度高、非接触和无损伤等特点,因而这种技术在生物、物理、化学和医学等领域得到了广泛的应用。在微纳米光子学微操控领域中，光与物质间相互作用是研究的重点内容，其作用过程不仅传递着信息，还会伴随着干涉、散射等效应，同时进行着能量和动量的转化，从而诱发光的力学效应及光子纳米射流现象。因此，研究光与物质相互作用的物理机质，对于光学操控的实际应用过程具有重要意义。本文围绕光子纳米射流的调控以及圆对称Airy光束对米氏粒子的相互作用两个方面开展研究，其主要内容如下：
　　1.基于广义伦伯格透镜(GLLs)模型设计并实现了可调控的光子纳米射流现象。在光子学研究当中，光子纳米射流(PNJs)现象引起了广泛的关注。受到GLLs本身属性的启发，本文中首先建立并研究了一个二维的PNJs体系，其焦距能够通过构造GLLs的折射率分布来调控。接着也相应地进行了三维模拟，连续结构延伸到相应的离散化的光子准晶结构，模拟和分析结果表明了PNJs的最大光强、横向维度、纵向维度取决于GLLs的焦距。因此，通过简单地改变其焦距，就可能获得具有不同能量特征和空间维度的局域光流，那么就可以根据具体的应用实例来选择对应的优化参数。这能够有许多潜在的应用，比如高分辨率的光学探测、光学操控、直写式纳米光刻技术等。
　　2.圆对称Airy光束对米氏粒子光力作用的研究。圆对称Airy光束首次被引入到PNJs研究领域当中。圆对称Airy光束具有突然自聚焦的特性，具有更大的光强梯度，进而能够产生足够大的光学梯度力，这在粒子捕获和操控当中具备显著的优势。于此同时，这种突然自聚焦光束通过调控光束参数就能直接调节聚焦性能，为实验过程提供便利。那么本文就通过时域有限差分(FDTD)仿真模拟的手段来研究圆对称Airy光束作用在米氏粒子上的光力特性，填补这块理论机理研究的空白，也为相应更系统的实验研究提供理论支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 研究背景

1.3 本文的研究意义及内容

第二章 基础理论

2.1 光力计算

2.2 时域有限差分(FDTD)仿真原理

第三章 基于广义Luneburg透镜光子纳米射流现象的特性研究

3.1 引言

3.2 广义Luneburg透镜的理论模型

3.3 单色平面波下光子纳米射流现象的光学特性

3.4 叶序结构光子准晶GLLs光子纳米射流现象的光学特性

3.5 小结

第四章 圆对称Airy光束对Mie氏粒子作用力的特性研究

4.1 引言

4.2 圆对称Airy光束的理论表述

4.3 圆对称Airy光束对米氏粒子的作用力

4.4 稳定性分析

4.5 圆对称Airy光束下光子纳米射流现象的光学特性

4.6 小结

第五章 结论与未来展望

5.1 结论

5.2 未来展望

参考文献

发表论文与科研情况说明

致谢