偏心球及雙球粒子與任意入射高斯波束的相互作用研究.pdf

1、粒子與有形波束間的相互作用一直以來(lái)都是許多理論工作及實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中相當(dāng)活躍的研究?jī)?nèi)容之一，對(duì)生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等許多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和進(jìn)一步研究應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用和實(shí)際意義。粒子對(duì)波束的電磁散射、波束對(duì)粒子的捕獲與操縱成為該研究?jī)?nèi)容中無(wú)可爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。關(guān)于均勻、分層粒子與波束的相互作用的研究已有許多報(bào)道，對(duì)于自然界中更為普遍存在的偏心粒子和多粒子來(lái)說(shuō)，仍然還有大量的工作值得我們作進(jìn)一步的研究。
　　 本文圍繞偏心球及雙球粒子與任

2、意入射單高斯波束、雙高斯波束的相互作用開(kāi)展研究，其中包括粒子對(duì)波束的散射和波束對(duì)粒子的光捕獲與光結(jié)合。主要工作成果如下：
　　 1.根據(jù)離軸入射波束的球矢量波函數(shù)展開(kāi)式，考慮波束極化方向的影響，利用矢量場(chǎng)的疊加原理獲得了極化波束離軸入射時(shí)的波束因子；基于斜入射波束的球矢量波函數(shù)展開(kāi)式，結(jié)合直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣，導(dǎo)出了極化波束離軸斜入射時(shí)在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的任意入射波束因子表達(dá)式，對(duì)入射場(chǎng)給出了較為普遍的描述；計(jì)算了歸一化球矢

3、量波函數(shù)對(duì)應(yīng)的任意入射波束因子；重新推導(dǎo)了正、負(fù)時(shí)間因子對(duì)應(yīng)的離軸入射波束因子之間的關(guān)系，并對(duì)所得關(guān)系式進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證，修正了已有關(guān)系式。
　　 2.基于廣義米理論，分別利用球矢量波函數(shù)在r≥｜d｜和r≤｜d｜時(shí)的平移加法定理，結(jié)合偏心球粒子、雙球粒子系統(tǒng)在各個(gè)邊界處的邊界條件，推導(dǎo)了兩種粒子系統(tǒng)在波束任意入射時(shí)的散射方程；數(shù)值模擬并討論了粒子大小、球心間距離、入射方向、極化方向等參數(shù)對(duì)介質(zhì)偏心球粒子、雙介質(zhì)球粒子的散射特性的影

4、響；對(duì)導(dǎo)體內(nèi)核偏心球、雙導(dǎo)體球以及一個(gè)導(dǎo)體球一個(gè)介質(zhì)球時(shí)的散射方程及散射特性進(jìn)行了比較分析。
　　 3.研究了高斯波束任意入射偏心球粒子時(shí)的輻射力及輻射力矩。基于偏心球粒子對(duì)任意入射高斯波束的散射理論研究，利用麥克斯韋張量與廣義米理論相結(jié)合，推導(dǎo)了波束任意入射時(shí)的輻射力、輻射力矩的級(jí)數(shù)表達(dá)式；在與已有文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比的基礎(chǔ)上數(shù)值計(jì)算了不同束腰中心位置、入射方向、極化方向、粒子的大小、內(nèi)核的相對(duì)大小及位置時(shí)的輻射力及輻射力矩，討論了這

5、些參數(shù)的變化對(duì)輻射力以及輻射力矩的影響。
　　 4.基于單高斯波束任意入射時(shí)的矢量波函數(shù)展開(kāi)式，利用矢量場(chǎng)的疊加原理，導(dǎo)出了雙高斯波束任意入射時(shí)的波束因子表達(dá)式；結(jié)合偏心球粒子在單波束入射時(shí)的散射方程，數(shù)值計(jì)算并分析了偏心球粒子對(duì)任意入射雙高斯波束的散射場(chǎng)隨入射方向、極化方向、相位差等物理量的變化關(guān)系；研究了雙高斯光束對(duì)偏心球粒子的輻射力及輻射力矩，討論了粒子參數(shù)、雙波束的入射方向、相位差等對(duì)粒子的輻射力及力矩的影響。