光學(xué)微操控技術(shù),主要是研究當(dāng)光照射到幾十納米或者幾十微米量級的粒子上時(shí)會產(chǎn)生什么力學(xué)效果。自上世紀(jì)七十年代開始研究以來,人們發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的光力不僅可以使物體沿著光傳播方向運(yùn)動,光力矩還可以使納米微粒進(jìn)行旋轉(zhuǎn),例如可以旋轉(zhuǎn)細(xì)胞分子,還可以使納米晶體在溶液中實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn),且具有易操作、無損傷顯著優(yōu)點(diǎn),為生物科學(xué)中納米機(jī)械的應(yīng)用和納米技術(shù)的普及提供了更多選擇,所以在生物、醫(yī)學(xué)、細(xì)胞分子、臨床手術(shù)等方面都成為了一個(gè)有力的助手,因此,光力矩的增大和采集具有很實(shí)際的應(yīng)用意義。但是,如何產(chǎn)生較大的光力矩依然是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù),因?yàn)槿肷涔獾慕莿恿坑邢?而角動量必須守恒。近年來,人們嘗試了一些方法增大光力矩,例如有人把金屬材料做成手性結(jié)構(gòu),通過等離子體共振可以增大光力矩,但是金屬材料會產(chǎn)生很大的熱效應(yīng),因而影響應(yīng)用;還有人選擇將原來的單層材料結(jié)構(gòu)改變成雙層材料結(jié)構(gòu),通過多重散射循環(huán)利用光,延長對光的俘獲時(shí)間,從而增大光力矩,除此之外,還能在兩層材料間產(chǎn)生較大的光扭矩,使物體轉(zhuǎn)動,這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力矩大且吸收少。可見,將單層結(jié)構(gòu)改為雙層結(jié)構(gòu),不失是增大光力矩的一種很有效的方法。我們知道,增益材料具有將光放大的作用... 

【文章來源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

是光鑷技術(shù)的原理圖，光鑷技術(shù)是一種利用強(qiáng)聚集的激光產(chǎn)生的光學(xué)勢阱來控制微粒的技術(shù)

光扭矩中增益材料對其他材料光力矩的影響16或無損耗（低介電常數(shù)）材料在共振時(shí)的光力矩可比單層損耗或無損耗材料的光力矩大一個(gè)數(shù)量級，而且在共振處兩層材料結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生了大的反向旋轉(zhuǎn)（即光扭矩）。相反，在增益-增益雙層材料中，兩層的光力矩對比單層增益并沒有明顯增加，并且在共振時(shí)兩層材料沿相同方向旋轉(zhuǎn)。然后在3.4節(jié)總結(jié)本章內(nèi)容。3.1文章中所用的各種參數(shù)本文中，微觀粒子所處的背景媒介是空氣，所用的入射光是平面波-左旋圓偏光（LCP,攜帶正的自旋角動量），并且沿著Z方向入射。圖3.1雙層結(jié)構(gòu)圖。入射光-左旋圓偏光沿z方向入射，圖片來自文獻(xiàn)[17]我們知道，材料的折射率n=c/v，其中c是光在真空中的傳播速度，v是光在某種介質(zhì)中的傳播速度。由麥克斯韋電磁波理論可以知道，v=c/，是材料本身的介電常數(shù)，是介質(zhì)的磁導(dǎo)率，因?yàn)閷τ跓o機(jī)材料和背景空氣而言，磁導(dǎo)率都等于1，所以可得n，即折射率與介電常數(shù)之間的關(guān)系為2n。在整篇文章中，入射平面波強(qiáng)度為2/1mmw，固定入射光-S左旋圓偏光的波長為532nm，波數(shù)k=2π/λ。折射率為n，在不同的材料中n的數(shù)值不同，具體數(shù)值將在本章具體材料結(jié)構(gòu)中進(jìn)行介紹。本章材料半徑a的單位均采用微米（m），球心間距D的單位也采用微米（m）表示。下面所有的計(jì)算公式都適用

光扭矩中增益材料對其他材料光力矩的影響18力矩隨著入射光頻率增大的結(jié)果。在圖3.2(c)、（e）中，固定相鄰兩球邊緣間距=2，掃入射光頻率，此時(shí)(c)中光力矩最大值對應(yīng)入射光頻率f433THz，(e)光力矩最大值點(diǎn)對應(yīng)的入射光頻率f144THz，所以我們在(b)中固定f433THz，圖(d)中固定f144THz,分別掃球間間距從2nm到12nm，在圖(b)與圖(c)中的光力矩最大值處對應(yīng)同一參數(shù)，所以光力矩大小應(yīng)相同。在圖(d)與圖(e)中的光力矩最大值處對應(yīng)同一參數(shù)，所以光力矩大小應(yīng)相同，兩次程序計(jì)算結(jié)果，此處光力矩大小相同，所以不同功能的程序計(jì)算結(jié)果一直，程序編寫正確。圖3.2所用結(jié)構(gòu)如(a)所示，(b)、(c）中半徑ma1.0，(d)、(e）中半徑ma3.0，(b)、(d)中表示任意相鄰兩球邊緣間距=t2，并以對應(yīng)的力矩最大值為點(diǎn)畫出點(diǎn)線圖，在(c)、(e)中=2。


本文編號：2901831