光與物質(zhì)間相互作用力的研究.pdf

1、人們對光輻射壓力的研究與應用越來愈廣泛，光鑷技術(shù)和光學升力是人們利用光輻射壓力的兩個重要方面，特別是光鑷在微生物領域的運用，光鑷不但可以無損傷的移動細胞完成基因融合，還能冷卻和重新排列原子，而近兩年才開始的光學升力的研究，對未來光對物體操控和微觀機械力學的發(fā)展更是有著深遠的意義。
　　本文首先根據(jù)里查德-沃耳夫矢量積分理論，研究了徑向偏振光在大數(shù)值孔徑透鏡聚焦下，透鏡球差和像散對瑞利粒子受到的光阱力的影響。研究結(jié)果表明，球差系數(shù)和

2、像散系數(shù)的存在，改變了光阱力的大小，也影響了有效作用區(qū)域，還導致光阱中心發(fā)生偏移。而且正負球差系數(shù)對光阱力的影響并不總是對稱的，正球差系數(shù)使得梯度力的零點位置往z軸正向偏移，負球差系數(shù)使得梯度力的零點位置往z軸負向偏移。通過改變適當?shù)臈l件，可以改善球差系數(shù)和像散系數(shù)對光阱力的影響，這些結(jié)果對于光鑷等精密儀器的操作具有參考價值。
　　其次應用平面波角譜理論，研究了在高斯光束的照射下，透明介質(zhì)平板的受力分布。利用光壓差產(chǎn)生光學升力，深

3、入分析了光束的光腰半徑、平板的擺放位置以及傾斜角度等參數(shù)對透明介質(zhì)平板受力分布的影響。研究結(jié)果表明：適當選取光腰半徑和擺放位置，平板受到的橫向力可以增大到足以克服重力，使其在光束的照射下升起來。還可以通過締造可以產(chǎn)生更大輻射力的光束的角譜方程，來返回推導并構(gòu)造這一類型的激光光束，使其照射物體時，物體能夠受到更大的光學升力。
　　然后研究了一特殊形狀微型物體，在渦旋光束照射下的旋轉(zhuǎn)情況。根據(jù)動量和角動量守恒定理，推導了微型物體在x、

4、y和z方向上受力旋轉(zhuǎn)的力矩公式。通過數(shù)值計算，得到了微型物體在不同表面傾斜角度的情況下，該微型物體旋轉(zhuǎn)的特性。研究結(jié)果表明，由于渦旋光束的軌道角動量與光束動量的相互作用，改變渦旋光束的拓撲荷數(shù)，既可以使微型物體保持靜止，也可以改變微型物體旋轉(zhuǎn)的方向和旋轉(zhuǎn)的速度。這對微觀機械力學和其他高精密儀器的發(fā)展提供了理論依據(jù)。
　　最后研究了底面為鈍角三角形三棱柱的光學升力及其旋轉(zhuǎn)效應。從理論上證明了在某些特定的轟擊角度下，這種三棱柱可以穩(wěn)定