基于DDA的金屬納米顆粒光學(xué)特性及微操控研究.pdf

1、在1980年左右，Ashkin等人使用高度聚焦的激光束作為一種捕獲和操縱微觀介質(zhì)顆粒的方法，首次實(shí)現(xiàn)了“光鑷”。光與微觀物體進(jìn)行動(dòng)量交換所致的“光力”現(xiàn)象從此獲得廣泛的研究與應(yīng)用。尤其是近十年來(lái)隨著微納光子學(xué)的快速發(fā)展，對(duì)光力的研究變得越來(lái)越重要。然而，一直以來(lái)，光力的計(jì)算在效率、精度、顆粒體系等方面都受到種種制約。為了準(zhǔn)確和快速地計(jì)算光力，本論文采用了離散偶極子近似（Discrete Dipole Approximation，DDA）

2、的方法得到電磁場(chǎng)，再利用洛倫茲力（Lorentz Force，LF）求和與利用對(duì)麥克斯韋張量（MaxwellStress Tensor, MST）做閉合曲面積分的兩種方法獲得光力。這兩種方法可適用于任意入射光場(chǎng)下任意形狀納米微粒光力的計(jì)算。與基于 Mie散射的結(jié)果進(jìn)行比較表明我們采用的兩種方法（DDA-LF）和（DDA-MST）是正確的并且計(jì)算精度是較高。
　　基于以上光力計(jì)算工具，我們對(duì)三維表面等離子體納米方塊（Plasmoni

3、c Nanocube）二聚體的光力進(jìn)行了全波計(jì)算。系統(tǒng)研究表明固定二聚體的表面距離，對(duì)其中一個(gè)或者兩個(gè) Nanocube進(jìn)行旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致二聚體的總散射力和光綁定力（Optical Binding Force，OBF）發(fā)生很大的變化，我們認(rèn)為二聚體之間的有效距離和近電場(chǎng)分布情況是導(dǎo)致光力變化的決定因素。進(jìn)一步分析表明，OBF主要是由散射過(guò)程決定的而入射光傳播方向的散射力則是由散射和吸收過(guò)程共同決定的。這些結(jié)果對(duì)基于Nanocube的可控光學(xué)

4、超構(gòu)平面（Metasurface）的制備及調(diào)制具有一定指導(dǎo)意義。
　　此外，由于光力譜可以和散射譜及消光譜一樣都可以看作是顆粒體系的基本特性，只是前者與近場(chǎng)增強(qiáng)聯(lián)系更緊密。通過(guò)系統(tǒng)的比較等離子體共振的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)特性，我們發(fā)現(xiàn)金質(zhì)球形顆粒的各類譜（光力譜、散射譜、及消光譜等），共振峰位會(huì)有一定的偏移，并且粒子的尺寸越大它們之間的偏移就會(huì)越明顯，可歸因于光場(chǎng)的遲滯效應(yīng)（Retardation Effect）。利用在阻尼和外力驅(qū)動(dòng)下的簡(jiǎn)