各向异性非球形粒子对厄米高斯波束的散射及扭矩研究

基本信息
批准号:61308025
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:李正军
学科分类:
依托单位:西安电子科技大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李海英,郭兴,屈檀,朱元元,刘显祖
关键词:
电磁散射各向异性介质厄米高斯波束辐射力和扭矩椭球
结项摘要

Based on Generalized Lorenz-Mie Theory(GLMT), expansion method of the angular spectrum, complex-source-point method, the transformation and expansion approaches of various vector wave functions, addition theorem and coordinate rotation theory of the spherical vector wave functions, analytical solutions of the scattering of different modes Hermite-Gaussian beam with airbitrary incident direction are investigated, the scattering properties are numerically analyzed. Applying orthogonality relations and approximate relations of special functions, the radiation force and torque exerted on an anisotropic sphercial/non-spherical particle by an on-axis, off-axis or off-axis oblique incidicent Hermite-Gaussian beam are investigated. The effects of beam parameters, anisotropy parameters, size parameter and axis ratios etc. on the radiation forces and torques are numerically analyzed in detail.The radiation force and torque exerted on an spherical/non-spherical particle by a draw beam consist of double/multiple Hermite-Gaussian beams are researched theoretically. Utilizing differentical relations, the radiation force and torque exerted on an anisotropic sphereical/non-spherical particle by an higher-order Hermite-Gaussian beam are investigated, the effects of beam parameters on the radiation force and torque are numerically analyzed. Furtherly,the performances of radiation force and torque exerted on an anisotropic spherical or non-spherical particle by a vortex beam which can be obtained by linear superposition of higher-order Hermite-Gaussian beams may be investigated. The physics interpretation of above problems will be given, and the reasearch prodctions are hopefully applied in biology cells, particle size analysis, atmosphere circumstance inspection, optical tweezers.

基于广义Mie理论,波束的角谱展开方法,复源点方法,各类矢量波函数的相互转换和矢量场展开技术、加法定理与坐标旋转定理,研究各向异性球形/非球形粒子对任意方向入射不同阶厄米高斯波束的散射,数值计算其散射特性。结合特殊函数的正交递推和近似关系,研究在轴、离轴及离轴斜入射厄米高斯波束作用在各向异性球形/非球形粒子上的辐射力和扭矩,数值分析波束参数,各向异性参数,尺寸参数及轴向比等对辐射力和扭矩的影响,研究双/多束厄米高斯波束组成的牵引波束对各向异性球形/非球形粒子的辐射力和扭矩特性。应用微分关系,研究高阶厄米高斯波束对各向异性球形/非球形粒子辐射力和扭矩特性,分析波束参数的影响。进一步或可研究由不同阶厄米高斯波束线性叠加成的涡旋波束对各向异性球/非球粒子的辐射力和扭矩特性。给出上述问题的物理解释,可将研究成果应用于生物细胞、粒度分析、大气环境检测、光镊技术等领域。

项目摘要

复杂粒子体系与有形波束的相互作用是当前国际研究的热点,本项目针对生物细胞、粒度分析、大气环境检测、光镊技术等领域的应用开展研究。项目组率先系统研究了单轴/等离子体/铁氧体等各向异性球/椭球对任意方向入射平面波及单/双厄米高斯波束的散射理论,分析了各参数对散射强度的影响。导出了任意入射高阶拉盖尔及贝塞尔涡旋波束的球矢量波函数展开式,分析了其传输特性。研究了各向异性/手征介质球对涡旋波束的散射理论,分析了参数下的散射特性,计算并解释了PC12老鼠肾上腺癌细胞的散射特性。研究了手征介质球/圆柱对平面波/贝塞尔波束/厄米高斯波束的散射理论,首次提出了电大尺寸手征介质球和多层手征介质球的散射系数的收敛稳定的迭代计算公式,分析彩虹现象,发现线极化波入射时电大尺寸手征介质球的三个一阶彩虹结构,可利用Ripple结构反演粒子的尺寸参数与手征参数。.利用上述散射理论,项目组率先研究了任意方向传播单/双基模厄米高斯、拉盖尔高斯涡旋光势阱中各向异性粒子的辐射力和扭矩理论,分析了各参数下辐射力、扭矩及光势阱的特性,给出了各向异性粒子的捕获条件。.首先导出了任意方向入射无衍射贝塞尔波束的球矢量波函数的展开式,研究了双/聚集各向异性球对无衍射贝塞尔波束的散射理论,计算了典型周期结构聚集各向异性球的散射特性。分析了随机烟尘簇团粒子对太赫兹脉冲波的散射和传播特性,并率先开展了圆/椭圆高斯光场中对双手征球形粒子的光学结合力特性研究。.理论与试验结合,分析了多体缺陷与模层/基片之间的复合光学散射和粒子辐射力特性,通过对微分散射截面的分布特征定位反演出球缺的位置和材质。上述研究为光学薄模无损检测、微粒去除、微纳米结构的光学性能设计等领域提供理论依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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