非局域与非均匀颗粒体系的光操控研究

发布时间：2020-06-26 02:01

【摘要】：本文主要关注了两类光散射实现负光力的现象:以典型的球(球壳)颗粒体系为例,我们研究引入金属非局域效应、增益材料、非均匀体系和贝塞尔光束后颗粒所受光力的新颖现象,研究结果将在等离激元、纳米光操控、光筛选中发挥潜在应用。具体研究分为以下两个方面:1.基于非局域等效介质理论调节增益核壳球所受负光力我们研究了具有增益核和非局域金属壳的核壳颗粒在长波极限下的光力行为,证实了在对称/非对称表面等离共振附近会有负光力产生。为了理解光力的行为,我们提出了非局域等效媒质理论,并据此推导出非局域核壳颗粒的等效介电常数。我们的研究结果表明,在等离共振处,等效介电常数的虚部是负值,因而导致了负光力的产生。非局域的引入会使光力的共振位置偏移,并对负光力有一定增强。我们同样也得到了这种结构下的两例类Fano共振散射,以及Fano共振诱发的负光力。2.梯度颗粒在贝塞尔光束下的负光力研究我们采用传递矩阵代替传统的弥理论来解决梯度材料的光学问题,并在非傍轴无梯度光束下实现了负光力,即光拉力。我们的结果表明,对光束进行相位移动,有助于实现负光力;材料梯度参数的调节,可以有效减小实现负光力的临界锥角,并改变光力的变化趋势。在一定范围内,尺寸增大也会减小临界锥角。在梯度金属结构中,梯度参数的改变会影响光力共振的位置和幅值。我们的研究结果对今后进行梯度材料光学性质的深入研究具有巨大借鉴意义,并为实现光力的有效调控提供了新途径。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436
【图文】：

曲线,贝塞尔光束,聚苯乙烯球,尺寸

用贝塞尔光束照射的聚苯乙烯球所受光力随尺寸sr 的变化。相应03, 0, 1064 , 0, 1, 0, 78.5TE TMm nm 。红色虚线和带蓝圈的实Im 0.01r 时的情况。黑色曲线代表具有负光力和稳定横向捕获的区域。g, Z. Lin, and C. T. Chan, Nature Photon., 2011, 5:531.）年，Jun Chen 等人用无梯度贝塞尔光束照射球形聚苯乙烯颗粒，在张量法计算后，发现在球形聚苯乙烯颗粒上出现了负光力。图 1.1苯乙烯颗粒在贝塞尔光束照射下所受光力随sr 的变化。当中显示，如当 Im 0r 时，在较大半径变化范围内可实现负光力。在图 1.1显示了能同时观察到负光力和稳定横向捕集的颗粒尺寸范围，即这被长距离、稳定地向后运输。

密度图,彩色区,偶极,密度图

区域）偶极光力zf 的密度图。(a)纯介质非磁性球颗粒，即 =Re即 =Re 0.1i。阴影部分为超出偶极近似的区域。(a)和(c)中 0.1i时的光力。编号 1 和 2 分别为推力(0k R 0.7)和拉力(0k R 由锥角 70 限制的前向散射。 (b)Mie 系数差的绝对值1 1a be m 附近。非傍轴贝塞尔光束的参数：2 1m 1, 70 , c c iiu, andA. Lavrinenko, Phys. Rev. Lett., 2012, 109: 023902.）等人进一步研究发现，在很宽的介电常数变化范围内，可现负光力，如图 1.2 所示。而当介电常数固定时，颗粒的现负光力。在图 1.2 (a)中，来自其他方向的光子被定向到远场中可识别出负光力，当中后向散射很弱而前向散射占

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