微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩研究.pdf

1、電磁力問題是電動力學重要的基本問題，其中靜態(tài)場和準靜態(tài)場的電磁力問題在第二次工業(yè)革命時期就已經(jīng)由科學家們做出了完善的研究，其成果早成為了電機、電器和電磁測量等等學科的理論基礎(chǔ)。然而，當前的信息社會對微波與光波的電磁力問題也提出了更新的研究需求。本文在兩項國家自然科學基金(NO.50577029,50777023)的資助下對微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩問題進行了系統(tǒng)的研究。
　　微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩問題沒有成熟的模型可以使用

2、，相關(guān)的理論研究成果極少報導，本文對微波與光波中媒質(zhì)的受力進行了系統(tǒng)分類，并對幾類基本的媒質(zhì)受力問題給出了分析計算結(jié)果，得到了一般性的結(jié)論。本文還提出等效源受力的概念，所有電磁受力問題都能統(tǒng)一到等效源受力的框架下來分析。為了獲得持續(xù)有效的電磁力，提出了兩類電磁受力時間平均值不為零的模型，即自由源受力模型和束縛源受力模型。提出了電荷波和電流波的概念，推導了自由電荷波和電流波受到切向電磁力不為零的條件。構(gòu)造了一種利用PN結(jié)陣列獲得非零切向電

3、磁力的具體結(jié)構(gòu)，推導了這種新結(jié)構(gòu)受到最大切向電磁力的同步條件。計算了凋落波作用下導電媒質(zhì)的電磁力，發(fā)現(xiàn)了凋落波增強導電媒質(zhì)電磁力的效應(yīng)。
　　針對光波中媒質(zhì)受到電磁力非常小的問題，本文利用束縛源模型，提出了用一維缺陷光子晶體中的電磁局域原理提高電磁力的方案。分析計算表明，在平面電磁波的照射下缺陷層的法向電磁力在理論上可為無窮大，同時切向力也得到提高，并且只有電磁波斜入射，媒質(zhì)有損耗，切向電磁力才會存在。
　　光致旋轉(zhuǎn)是當代光

4、領(lǐng)域的研究熱點，光攜帶的角動量被利用來推動物體轉(zhuǎn)動，但是轉(zhuǎn)動力矩通常很小，只可操控微小物體。這方面的研究也比較多，然而，獲得大電磁轉(zhuǎn)矩的報道卻很少。本文在缺陷一維光子晶體中引入了各向異性媒質(zhì)層，使用Berreman4矩陣法計算了缺陷各向異性光子晶體中場的特性，發(fā)現(xiàn)缺陷光子晶體中的各向異性層，除了受到法向電磁力之外，還受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)動引起的位置變化而變化，缺陷模頻率下，電磁轉(zhuǎn)矩得到提高；與這層各向異性介質(zhì)單獨在同樣光