無梯度光場中的光學牽引力研究

《無梯度光場中的光學牽引力研究》是依託哈爾濱工業大學，由丁衛強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：無梯度光場中的光學牽引力研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁衛強

項目摘要

沿傳播方向無梯度光場中，物體受到與傳播方向相反的光學牽引力，而非同方向的推力，是光與物質相互作用中表現出來的兼具重要理論和套用價值的新現象。本項目旨在闡明無梯度光場中光學牽引力的物理機制、產生條件、以及隨外界參數的變化規律。利用散射理論分析、全矢量數值模擬以及實驗研究相結合的方法，揭示無梯度光場中物體受力的一般規律，探明光學牽引力產生的必要條件以及對光場的特殊要求，挖掘牽引力與物體自身電磁參數、結構參數之間的內在聯繫。利用被動光場動量放大以及周期結構中特殊的布洛赫模，研究非均勻背景和周期結構背景中光學牽引力的產生、特性以及變化規律；建立光場牽引力隨背景介質參數變化的物理模型。利用散射體自身引入局部光場梯度這一手段，研究無梯度光場中物體的自牽引效應，闡明其產生條件，清楚其變化規律。同時在實驗上建立可靠的光場牽引力實現方案。本項目的實施，對光學牽引力的基本原理和套用研究都具有重要意義。

結題摘要

基於光力效應的光學微操控在眾多領域都有著不可替代的重要價值。本項目深入開展了基於光力的光學牽引效應研究，並取得了重要進展。深入研究了光子動量及其與物體動量之間的傳遞規律，澄清了物體所受光力計算中的幾個疑點，為光力的理論研究和技術套用提供了更堅實的基礎。研究了周期背景中布洛赫波模式的動量特性，深刻揭示了周期光子晶體結構中自準直模式實現光學牽引力的物理本質，提出了自誘導反作用光學牽引力的新概念，開闢了在微納結構中研究光學牽引力的新方向。研究了波導通道中光學牽引力的基本特性；提出了基於模式轉換機理的光學牽引力實現方法，分析了導模動量的特性，弄清了其中牽引力的物理本質，討論了光力調節方法；提出了基於通道衰減模式的“光學吸管”效應，研究了其產生光學牽引力的基本原理和變化規律，為光力的應套用提出了新的方法。研究了微納結構中的精確光學捕獲以及納米顆粒之間的相互作用；研究了金屬和電介質納米顆粒在納米樑柱結構中多模微腔的捕獲特性，分析了微腔的結構與局域模的關係，得到了不同模式的捕獲特點。研究了金屬襯底上兩個納米顆粒之間的束縛力、反束縛力、以及二者之間的轉化。研究了波導微環腔耦合系統中微環的穩定捕獲特性，及其作為光學微馬達的基本原理和增強力矩特性。研究了光場自旋角動量以及軌道角動量對物體轉動時的矢量合成特性。研究了光場的匯聚效應、調控方法對光力的影響。研究了線偏振高斯光束經過光纖端面超表面的調製作用，及其產生偏振方向旋轉、徑向偏振、角向偏振、及其它複雜矢量偏振模式的特性。項目實施過程中，發表20餘篇高水平學術論文，培養10餘名博士後及研究生，開拓並引領了光力研究領域的新方向。項目研究成果對光操控領域理論和技術發展都有重要的意義和價值。