光扭矩中增益材料对其他材料光力矩的影响

发布时间：2020-12-06 18:23

　　光学微操控技术,主要是研究当光照射到几十纳米或者几十微米量级的粒子上时会产生什么力学效果。自上世纪七十年代开始研究以来,人们发现其产生的光力不仅可以使物体沿着光传播方向运动,光力矩还可以使纳米微粒进行旋转,例如可以旋转细胞分子,还可以使纳米晶体在溶液中实现旋转,且具有易操作、无损伤显著优点,为生物科学中纳米机械的应用和纳米技术的普及提供了更多选择,所以在生物、医学、细胞分子、临床手术等方面都成为了一个有力的助手,因此,光力矩的增大和采集具有很实际的应用意义。但是,如何产生较大的光力矩依然是一项很艰巨的任务,因为入射光的角动量有限,而角动量必须守恒。近年来,人们尝试了一些方法增大光力矩,例如有人把金属材料做成手性结构,通过等离子体共振可以增大光力矩,但是金属材料会产生很大的热效应,因而影响应用;还有人选择将原来的单层材料结构改变成双层材料结构,通过多重散射循环利用光,延长对光的俘获时间,从而增大光力矩,除此之外,还能在两层材料间产生较大的光扭矩,使物体转动,这种结构产生的力矩大且吸收少。可见,将单层结构改为双层结构,不失是增大光力矩的一种很有效的方法。我们知道,增益材料具有将光放大的作用... 

【文章来源】：山西大学山西省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

是光镊技术的原理图，光镊技术是一种利用强聚集的激光产生的光学势阱来控制微粒的技术

光扭矩中增益材料对其他材料光力矩的影响16或无损耗（低介电常数）材料在共振时的光力矩可比单层损耗或无损耗材料的光力矩大一个数量级，而且在共振处两层材料结构之间产生了大的反向旋转（即光扭矩）。相反，在增益-增益双层材料中，两层的光力矩对比单层增益并没有明显增加，并且在共振时两层材料沿相同方向旋转。然后在3.4节总结本章内容。3.1文章中所用的各种参数本文中，微观粒子所处的背景媒介是空气，所用的入射光是平面波-左旋圆偏光（LCP,携带正的自旋角动量），并且沿着Z方向入射。图3.1双层结构图。入射光-左旋圆偏光沿z方向入射，图片来自文献[17]我们知道，材料的折射率n=c/v，其中c是光在真空中的传播速度，v是光在某种介质中的传播速度。由麦克斯韦电磁波理论可以知道，v=c/，是材料本身的介电常数，是介质的磁导率，因为对于无机材料和背景空气而言，磁导率都等于1，所以可得n，即折射率与介电常数之间的关系为2n。在整篇文章中，入射平面波强度为2/1mmw，固定入射光-S左旋圆偏光的波长为532nm，波数k=2π/λ。折射率为n，在不同的材料中n的数值不同，具体数值将在本章具体材料结构中进行介绍。本章材料半径a的单位均采用微米（m），球心间距D的单位也采用微米（m）表示。下面所有的计算公式都适用

光扭矩中增益材料对其他材料光力矩的影响18力矩随着入射光频率增大的结果。在图3.2(c)、（e）中，固定相邻两球边缘间距=2，扫入射光频率，此时(c)中光力矩最大值对应入射光频率f433THz，(e)光力矩最大值点对应的入射光频率f144THz，所以我们在(b)中固定f433THz，图(d)中固定f144THz,分别扫球间间距从2nm到12nm，在图(b)与图(c)中的光力矩最大值处对应同一参数，所以光力矩大小应相同。在图(d)与图(e)中的光力矩最大值处对应同一参数，所以光力矩大小应相同，两次程序计算结果，此处光力矩大小相同，所以不同功能的程序计算结果一直，程序编写正确。图3.2所用结构如(a)所示，(b)、(c）中半径ma1.0，(d)、(e）中半径ma3.0，(b)、(d)中表示任意相邻两球边缘间距=t2，并以对应的力矩最大值为点画出点线图，在(c)、(e)中=2。


本文编号：2901831