激光束作用在负折射率小球上的光力理论研究

摘要

光能够产生辐射压力,20世纪初在实验上被证实。但直到20世纪60年代激光出现以后,特别是1970年A.Ashkin发现了激光对粒子的动力作用,激光与微观粒子产生了不解之缘。激光能够对粒子产生辐射压力,被用来冷却捕陷原子。能够对微观粒子加速、导引、施加力矩作用。一个高聚焦的基模高斯光束能够在其束腰附近产生一个光阱,用来俘获介质小球,生物大分子,红外波长的激光具有无损伤的特点,用来俘获活的细胞.光控粒子在生物学上有广泛应用。
　　 在第一章中,介绍了在光束波长远大于粒子尺寸时,适用的物理模型即瑞利模型,激光对瑞利粒子的作用力分为散射力和梯度力。详述了激光的空间相干度对辐射作用的影响以及激光脉冲对粒子作用的表现。
　　 第二章,当光束波长小于粒子尺寸时,光线模型比较实用,给出了基模高斯光束对小球轴向作用力的理论计算过程,并将光线模型应用在了负折射率材料小球上,进行了数值模拟,与电介质小球相比,发现两者不仅在受力特点和数值上都有巨大的差异。
　　 第三章,横向力比轴向力的计算繁琐,本章给出了数学计算的过程,分别对介电质小球和负折射率材料小球的横向作用力做了数值模拟,可以看出激光束腰半径、相对折射率、小球半径对横向力的影响。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 实验上首次用激光实现对粒子的操纵

1.3 激光对瑞利粒子的操纵

第二章 电介质小球和负折射率材料小球受到的轴向作用力

2.1 引言

2.2 基于几何模型的公式

2.3 数值模拟

2.3.1 高斯光束束腰半径对轴向力的影响

2.3.2 相对折射率的大小对轴向力的影响

2.3.3 小球半径的大小对轴向力的影响

2.4 本章小结

第三章 电介质小球和负折射率材料小球受到的横向作用力

3.1 横向作用力的计算公式

3.2 横向作用力数值模拟与分析

3.2.1 束腰半径的变化对横向作用力的影响

3.2.2 相对折射率的变化对横向作用力的影响

3.2.3 小球半径的变化对横向作用力的影响

3.3 本章小结

第四章 结束语和展望

参考文献

附录

A.介质球受到单根光线沿坐标轴正向的作用力

B负折射率材料小球受到单根光线沿坐标轴正方向的作用力