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光镊中粒子辐射捕获力的研究
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摘要 摘要 本文研究了光镊系统中粒子的辐射捕获力。介绍了光镊技术及其应用，分析
了高斯光束的性质及其通过透镜的聚焦。根据电磁场动量守恒定律，采用广义米
理论，给出了光镊中单层和多层球形微粒的辐射捕获力的表达式，分析了单层粒
子的半径、折射率，以及入射波束的束腰半径、功率等参数对横向和轴向辐射捕
获力的影响，数值模拟了粒子尺寸大小与波长接近时，单层球形粒予的辐射捕获
力；研究了双层吸收粒子的吸收系数、内外层相对厚度和相对折射率对辐射捕获
力的影响。与国外文献中射线光学模型和瑞利模型的计算结果对比说明，本文的
理论分析和数值计算的粒子尺寸范围可以扩展到射线光学模型和瑞利模型的范
关键词：辐射捕获力
多屡球形粒子
广义米理论高斯波束 ABSTRACr ABSTRACT Theradiation forces ona inthe tweezersare trappingactingparticleoptical system
studied．Anintroductionofthe tweezers andits is optical technologyapplications alsoall ofthecharacteroftheGanssianbeamandits
presented，andanalysis focusing lens．Basedonadiscussionofthemomentumconservationof
through electromagnetic oftheradiation forcesona or
fields，expressions trapping one-layeredmultilayered inthe tweezers arederived
sphericalparticle optical system byusinggeneralized
Lorenz-Mie forthe influencesontheaxialand former,the theory GLMT ，and
transverse forcesofsuch asitsradiusandre打activeindex radiation parameters Uapping
andthebeam and oftheGaussianbeamare a waistradius power analyzed，and
isalsomadeofthe forcesona simulation radiation one-layered trapping whenitssizeis withthe wavelength．Abouttwo-layered
sphericalparticle comparable on oftheir isa discussionastOtheinfluences forces
absorbingparticles，there trapping refractiveindexesandthic
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光镊工具包对于中间尺寸粒子光捕获的计算
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均匀椭球粒子对平面波散射的Debye级数展开
【摘要】：
小粒子电磁散射的Debye级数展开既是一种严格理论,又可以对散射机理进行分析,获得电磁散射中各种物理过程的物理解释,这对研究粒子的散射特性具有重要指导意义。本文详细推导了均匀椭球粒子对正入射平面波散射的Debve级数展开。
本文首先详细介绍了椭球坐标系以及标量和矢量椭球波函数,并给出了平面波的矢量椭球波函数展开形式;在介绍了均匀椭球对平面波散射的米理论解后,给出了米散射系数的Debye级数展开;借助内向波和外向波这两个虚拟散射过程,通过求解边界条件,详细推导了Debye级数展开中的所有菲涅耳系数所满足无穷方程组,通过数值算法求解方程组获得了所有的菲涅耳系数;最后基于Debye级数展开公式,编程计算了均匀球和均匀椭球对平面波散射的单阶Debye散射强度分布和总场的散射强度分布。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：O451【目录】：
Abstract4-7
第一章 绪论7-11
1.1 研究背景及意义7-8
1.2 国内外研究现状8-10
1.2.1 椭球粒子对平面波散射的国内外研究现状8-9
1.2.2 电磁波散射Debye级数展开方法研究现状9-10
1.3 论文结构10
1.4 论文创新点10-11
第二章 椭球波函数及椭球散射米理论11-33
2.1 引言11
2.2 旋转椭球坐标系的建立11-16
2.2.1 长椭球坐标系11-14
2.2.2 扁椭球坐标系14-16
2.3 椭球坐标系下的标量波函数16-23
2.3.1 长椭球坐标系下的标量波动方程的解16-18
2.3.2 角函数18-21
2.3.3 径向函数21-22
2.3.4 扁椭球坐标系下的标量波动方程22-23
2.4 长椭球坐标系下的矢量波函数23-26
2.4.1 椭球矢量谐波23-25
2.4.2 平面波用长椭球矢量谐波展开25-26
2.5 粒子对平面波散射的米理论(LMT)26-32
2.5.1 均匀球散射米理论26-29
2.5.2 均匀椭球散射米理论29-32
2.6 小结32-33
第三章 椭球散射的Debye级数展开推导33-55
3.1 引言33
3.2 均匀球DEBYE级数展开理论33-37
3.2.1 电磁场球面波展开33-34
3.2.2 边界条件34-35
3.2.3 菲涅耳系数推导35-37
3.3 均匀椭球散射DEBYE级数展开理论37-39
3.4 椭球散射DEBYE菲涅耳系数推导39-54
3.4.1 边界条件39
3.4.2 TE内向波推导39-52
3.4.3 TE外向波推导52-54
3.5 小结54-55
第四章 椭球粒子散射场的数值计算55-65
4.1 引言55
4.2 平面波正入射椭球散射强度55-57
4.2.1 散射系数的Debye级数展开形式55-56
4.2.2 远场散射强度56-57
4.3 数值计算57-64
4.3.1 远场散射强度计算57-60
4.3.2 单阶Debye散射强度的影响60-64
4.4 小结64-65
结束语65-67
参考文献69-75
攻读硕士期间发表的文章和参加的项目75
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磁化铁氧体材料电磁散射递推卷积-时域有限差分方法分析
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【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：O442【正文快照】：
PACC:.引言铁氧体材料为色散介质,在有外加磁场时为各向异性.近年来,对其物理特性的研究成为热点之一,如文献[1,2]分别研究了磁化铁氧体材料的自旋电流及自旋极化电流的影响和作用.本文主要研究了应用于磁各向异性色散介质的电磁散射的时域有限差分(FDTD)算法.根
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京公网安备75号光镊中粒子辐射捕获力的实验研究与理论分析--《西安电子科技大学》2008年硕士论文
光镊中粒子辐射捕获力的实验研究与理论分析
【摘要】：
本文介绍了光镊技术的原理及其应用,分析了高斯光束作用于小粒子的理论研究方案。研究了单光束光镊系统的搭建方法,完成了实验系统的设计、系统参数的设定,仪器选择等一系列工作,成功搭建成一套简单有效的实验室光镊系统,对聚焦激光束作用于小粒子的情况进行了分析,完成了对聚苯乙烯小球的实验捕获。在理论方面,结合广义米理论,通过数值模拟,研究了不同捕获条件下,单层和多层球形粒子受到的捕获力情况。结合实验,分析了改变激光功率、波长对捕获产成的影响,分析了光镊系统在横向和径向的捕获力分布情况,以及球形捕获对象在不同折射率分布,不同吸收特性分布的条件下的,其捕获情况的变化。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：O431【目录】：
ABSTRACT6-9
第一章 绪论9-13
1.1 研究背景及意义9
1.2 国内外的研究动态9-11
1.2.1 国外的理论研究9-11
1.2.2 国内的光镊理论及其应用研究11
1.3 本文主要内容11-13
第二章 光镊的基本原理13-21
2.1 激光的光压13-14
2.2 高斯光束的基本性质14-17
2.3 梯度力和散射力17-19
2.4 光阱捕获粒子的条件19-20
2.5 本章小结20-21
第三章 激光作用于粒子的理论研究21-35
3.1 光镊中捕获力的射线光学模型21-22
3.2 光镊中捕获力的瑞利模型22-23
3.3 光镊中捕获力的其它模型23-25
3.4 高斯波束对球形粒子捕获的米理论方法25-32
3.4.1 光镊中粒子对捕获光的散射25-26
3.4.2 波束因子的计算26-29
3.4.3 辐射捕获力的表达式29-32
3.5 本章小结32-35
第四章 光镊捕获粒子的系统设计及实验研究35-51
4.1 单光镊捕获系统具体光路的设计35-38
4.1.1 单光镊系统的一般结构35-37
4.1.2 实验室单光镊捕获系统的构造及搭建37-38
4.2 激光器的选取38-40
4.2.1 激光器的选取条件38-40
4.2.2 本系统中激光器的选取40
4.3 聚焦透镜的选择及聚焦光路的设定40-44
4.3.1 透镜对高斯光束的聚焦40-42
4.3.2 物镜最佳聚焦的设计42-44
4.4 捕获样本44-45
4.4.1 光镊捕获的热损耗44
4.4.2 捕获样本的选择与处理44-45
4.5 CCD 图像采集系统45-47
4.6 单光镊捕获球形粒子的实验研究47-48
4.7 实验中的问题及解决分析48-49
4.8 本章小结49-51
第五章 光镊捕获粒子的理论仿真51-67
5.1 实验中使用的聚苯乙烯小球的捕获仿真51-60
5.1.1 轴向捕获51-57
5.1.2 横向捕获57-60
5.2 双层球形细胞模型的捕获仿真60-64
5.3 本章小结64-67
附录A67-69
附录B69-71
附录C71-73
结束语73-75
参考文献77-82
作者在读期间的研究成果82-83
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