介電常數(shù)虛部對(duì)Mie粒子保守力非保守力的影響.pdf_第1頁(yè)
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1、介電常數(shù)εp是處于電場(chǎng)中的材料對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)的一個(gè)特征量,εp與極化率直接有關(guān),并影響作用在粒子上的光力,介電常數(shù)為εp=εr+i·εi,其中,εr是εp的實(shí)部,它反映材料儲(chǔ)存能量的能力,而εi是εp的虛部,它反映了材料損耗能量的情況。作用在粒子上的光力可分為保守力(梯度力)與非保守力(散射力和吸收力),這兩種力有不同的性質(zhì)與應(yīng)用價(jià)值。直到近年來(lái),才數(shù)值及解析地實(shí)現(xiàn)了對(duì)Mie粒子(尺寸和波長(zhǎng)相比擬,實(shí)驗(yàn)中常用的粒子尺度)的受力分離。本文基

2、于此項(xiàng)研究成果,結(jié)合數(shù)值模擬(基于快速傅里葉變換和Mie理論)與解析分析(基于多級(jí)展開(kāi)理論),研究εi對(duì)粒子所受保守力與非保守力的影響,從而利用這兩種力的不同性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子更加精準(zhǔn)、自由的操控。
  本文的結(jié)構(gòu)框架為:
  第一章是背景的介紹及對(duì)光力分離原理的簡(jiǎn)單闡述,分為三部分:光學(xué)微操控發(fā)展的概述,粒子所受光力分成保守力Fg和非保守力Fk的基本原理,本文的主要內(nèi)容。
  第二章是先介紹計(jì)算中應(yīng)用的各個(gè)參數(shù)及其符號(hào),

3、再介紹判斷數(shù)值模擬程序的正確性與準(zhǔn)確性的方法,然后結(jié)合兩種方法(快速傅里葉變換與多極展開(kāi)),研究線偏振高斯光束照射下,在z軸上小半徑(a=0.1μm)的金屬以及介質(zhì)粒子所受z方向保守力Fgz與非保守力Fkz隨介電常數(shù)虛部變化的情況,發(fā)現(xiàn)非保守力z分量的最大值總是出現(xiàn)在場(chǎng)強(qiáng)最大的位置,而保守力z分量的最大值則總是出現(xiàn)在場(chǎng)強(qiáng)最大值的兩邊,并且這兩種力均在微粒遠(yuǎn)離場(chǎng)強(qiáng)最大處時(shí)迅速衰減。
  第三章是先比較兩種偏振(左旋圓偏光和右旋圓偏光

4、)高斯光束照射下的Mie粒子所受保守力Fg和非保守力Fk的對(duì)比,之后是結(jié)合數(shù)值模擬與解析計(jì)算來(lái)研究金屬以及介質(zhì)Mie粒子在各平面上所受Fg隨介電常數(shù)虛部的變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)εr=2.53對(duì)應(yīng)的小半徑介質(zhì)粒子所受Fg隨εi的變化沒(méi)有出現(xiàn)正負(fù)區(qū)域變換現(xiàn)象,而εr=2.53對(duì)應(yīng)的大半徑介質(zhì)粒子所受Fg隨εi的變化卻出現(xiàn)此現(xiàn)象,εr=-5對(duì)應(yīng)的金屬粒子的Fg隨εi變化的情況正好與介質(zhì)粒子的相反。
  第四章是總結(jié)本文并對(duì)此研究的后續(xù)發(fā)展進(jìn)行展

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