各向異性非球形粒子對厄米高斯波束的散射及扭矩研究

《各向異性非球形粒子對厄米高斯波束的散射及扭矩研究》是依託西安電子科技大學，由李正軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：各向異性非球形粒子對厄米高斯波束的散射及扭矩研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李正軍
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

基於廣義Mie理論，波束的角譜展開方法，復源點方法，各類矢量波函式的相互轉換和矢量場展開技術、加法定理與坐標旋轉定理，研究各向異性球形/非球形粒子對任意方向入射不同階厄米高斯波束的散射，數值計算其散射特性。結合特殊函式的正交遞推和近似關係，研究在軸、離軸及離軸斜入射厄米高斯波束作用在各向異性球形/非球形粒子上的輻射力和扭矩，數值分析波束參數，各向異性參數，尺寸參數及軸向比等對輻射力和扭矩的影響，研究雙/多束厄米高斯波束組成的牽引波束對各向異性球形/非球形粒子的輻射力和扭矩特性。套用微分關係，研究高階厄米高斯波束對各向異性球形/非球形粒子輻射力和扭矩特性，分析波束參數的影響。進一步或可研究由不同階厄米高斯波束線性疊加成的渦旋波束對各向異性球/非球粒子的輻射力和扭矩特性。給出上述問題的物理解釋，可將研究成果套用於生物細胞、粒度分析、大氣環境檢測、光鑷技術等領域。

結題摘要

複雜粒子體系與有形波束的相互作用是當前國際研究的熱點，本項目針對生物細胞、粒度分析、大氣環境檢測、光鑷技術等領域的套用開展研究。項目組率先系統研究了單軸/電漿/鐵氧體等各向異性球/橢球對任意方向入射平面波及單/雙厄米高斯波束的散射理論，分析了各參數對散射強度的影響。導出了任意入射高階拉蓋爾及貝塞爾渦旋波束的球矢量波函式展開式，分析了其傳輸特性。研究了各向異性/手征介質球對渦旋波束的散射理論，分析了參數下的散射特性，計算並解釋了PC12老鼠腎上腺癌細胞的散射特性。研究了手征介質球/圓柱對平面波/貝塞爾波束/厄米高斯波束的散射理論，首次提出了電大尺寸手征介質球和多層手征介質球的散射係數的收斂穩定的疊代計算公式，分析彩虹現象，發現線極化波入射時電大尺寸手征介質球的三個一階彩虹結構，可利用Ripple結構反演粒子的尺寸參數與手征參數。 利用上述散射理論，項目組率先研究了任意方向傳播單/雙基模厄米高斯、拉蓋爾高斯渦旋光勢阱中各向異性粒子的輻射力和扭矩理論，分析了各參數下輻射力、扭矩及光勢阱的特性，給出了各向異性粒子的捕獲條件。 首先導出了任意方向入射無衍射貝塞爾波束的球矢量波函式的展開式，研究了雙/聚集各向異性球對無衍射貝塞爾波束的散射理論，計算了典型周期結構聚集各向異性球的散射特性。分析了隨機煙塵簇團粒子對太赫茲脈衝波的散射和傳播特性，並率先開展了圓/橢圓高斯光場中對雙手征球形粒子的光學結合力特性研究。 理論與試驗結合，分析了多體缺陷與模層/基片之間的複合光學散射和粒子輻射力特性，通過對微分散射截面的分布特徵定位反演出球缺的位置和材質。上述研究為光學薄模無損檢測、微粒去除、微納米結構的光學性能設計等領域提供理論依據。