介電常數虛部對Mie粒子保守力非保守力的影響.pdf

1、介電常數εp是處于電場中的材料對電場的響應的一個特征量，εp與極化率直接有關，并影響作用在粒子上的光力，介電常數為εp=εr+i·εi，其中，εr是εp的實部，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與應用價值。直到近年來，才數值及解析地實現了對Mie粒子（尺寸和波長相比擬，實驗中常用的粒子尺度）的受力分離。本文基

2、于此項研究成果，結合數值模擬（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實現對粒子更加精準、自由的操控。
　　本文的結構框架為：
　　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，本文的主要內容。
　　第二章是先介紹計算中應用的各個參數及其符號，

3、再介紹判斷數值模擬程序的正確性與準確性的方法，然后結合兩種方法（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）的金屬以及介質粒子所受z方向保守力Fgz與非保守力Fkz隨介電常數虛部變化的情況，發(fā)現非保守力z分量的最大值總是出現在場強最大的位置，而保守力z分量的最大值則總是出現在場強最大值的兩邊，并且這兩種力均在微粒遠離場強最大處時迅速衰減。
　　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，之后是結合數值模擬與解析計算來研究金屬以及介質Mie粒子在各平面上所受Fg隨介電常數虛部的變化趨勢，發(fā)現εr=2.53對應的小半徑介質粒子所受Fg隨εi的變化沒有出現正負區(qū)域變換現象，而εr=2.53對應的大半徑介質粒子所受Fg隨εi的變化卻出現此現象，εr=-5對應的金屬粒子的Fg隨εi變化的情況正好與介質粒子的相反。
　　第四章是總結本文并對此研究的后續(xù)發(fā)展進行展