介電常數(shù)虛部對Mie粒子保守力非保守力的影響.pdf

1、介電常數(shù)εp是處于電場中的材料對電場的響應(yīng)的一個特征量，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)用價值。直到近年來，才數(shù)值及解析地實(shí)現(xiàn)了對Mie粒子（尺寸和波長相比擬，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（基于多級展開理論），研究εi對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光力分離原理的簡單闡述，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。
　　第二章是先介紹計算中應(yīng)用的各個參數(shù)及其符號，

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），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)在場強(qiáng)最大值的兩邊，并且這兩種力均在微粒遠(yuǎn)離場強(qiáng)最大處時迅速衰減。
　　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的對比，之后是結(jié)合數(shù)值模擬與解析計算來研究金屬以及介質(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，發(fā)現(xiàn)εr=2.53對應(yīng)的小半徑介質(zhì)粒子所受Fg隨εi的變化沒有出現(xiàn)正負(fù)區(qū)域變換現(xiàn)象，而εr=2.53對應(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)本文并對此研究的后續(xù)發(fā)展進(jìn)行展