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都是許多理論工作及實際應(yīng)用領(lǐng)域中相當(dāng)活躍的研究內(nèi)容之一，對生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等許多領(lǐng)域的開發(fā)和進(jìn)一步研究應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用和實際意義。粒子對波束的電磁散射、波束對粒子的捕獲與操縱成為該研究內(nèi)容中無可爭論的焦點。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道，對于自然界中更為普遍存在的偏心粒子和多粒子來說，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展研究，其中包括粒子對波束的散射和波束對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)展開式，考慮波束極化方向的影響，利用矢量場的疊加原理獲得了極化波束離軸入射時的波束因子；基于斜入射波束的球矢量波函數(shù)展開式，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在實驗室坐標(biāo)系中的任意入射波束因子表達(dá)式，對入射場給出了較為普遍的描述；計算了歸一化球矢

3、量波函數(shù)對應(yīng)的任意入射波束因子；重新推導(dǎo)了正、負(fù)時間因子對應(yīng)的離軸入射波束因子之間的關(guān)系，并對所得關(guān)系式進(jìn)行了數(shù)值驗證，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；對導(dǎo)體內(nèi)核偏心球、雙導(dǎo)體球以及一個導(dǎo)體球一個介質(zhì)球時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的輻射力及輻射力矩。基于偏心球粒子對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)了波束任意入射時的輻射力、輻射力矩的級數(shù)表達(dá)式；在與已有文獻(xiàn)結(jié)果對比的基礎(chǔ)上數(shù)值計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)核的相對大小及位置時的輻射力及輻射力矩，討論了這

5、些參數(shù)的變化對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的矢量波函數(shù)展開式，利用矢量場的疊加原理，導(dǎo)出了雙高斯波束任意入射時的波束因子表達(dá)式；結(jié)合偏心球粒子在單波束入射時的散射方程，數(shù)值計算并分析了偏心球粒子對任意入射雙高斯波束的散射場隨入射方向、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、相位差等對粒子的輻射力及力矩的影響。