單光纖光鑷數(shù)值仿真和光阱力計(jì)算.pdf

1、本課題對(duì)單光纖光鑷系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論研究。闡述了光鑷的基本原理以及處理光作用力的三種物理模型：幾何光學(xué)模型、光與原子相互作用模型、電磁模型。電磁場(chǎng)模型是本文研究的重點(diǎn)，單光纖光鑷系統(tǒng)的理論仿真和光阱力的數(shù)值計(jì)算都是基于此模型。電磁模型多采用計(jì)算電磁學(xué)的方法進(jìn)行處理，詳細(xì)介紹了在光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的時(shí)域有限差分(FDTDfinite-difference time-domain)法，利用FDTD法數(shù)值計(jì)算了光纖探針內(nèi)的傳輸光場(chǎng)和介質(zhì)球

2、的散射場(chǎng)分布。在此基礎(chǔ)上，提出了一種用于單光纖光鑷系統(tǒng)理論仿真和光阱力數(shù)值計(jì)算的新方法，它是電磁場(chǎng)模型的一個(gè)發(fā)展形式：采用FDTD的方法，首先數(shù)值模擬仿真光纖探針的傳光特性與出射光場(chǎng)；進(jìn)一步，介質(zhì)球直接置于出射光場(chǎng)中，可同時(shí)數(shù)值計(jì)算得到散射場(chǎng)的分布；然后根據(jù)電磁場(chǎng)動(dòng)量守恒原理，對(duì)麥克斯韋應(yīng)力張量積分求得介質(zhì)球所受的光作用力。利用此方法，對(duì)一系列單光纖光鑷系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單光纖光鑷系統(tǒng)的理論驗(yàn)證，并為單光纖光鑷的優(yōu)化設(shè)