Airy光束的傳輸特性及在光學微粒操控中的套用研究

《Airy光束的傳輸特性及在光學微粒操控中的套用研究》是依託南開大學，由臧維平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Airy光束的傳輸特性及在光學微粒操控中的套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：臧維平
• 依託單位：南開大學

中文摘要

光學微操控中的許多進展都得益於結構光場的套用，而無衍射光束就是很重要的一種結構光場。作為無衍射光束的一個例子，Bessel光束在光學微操控領域得到了廣泛的套用。Airy光束是另一類無衍射光束。它除了和Bessel光束一樣具有無衍射和自重構特性以外，Airy光束還有一個特性，就是光束沿著彎曲的軌跡傳播，也稱為具有橫向加速特性。Airy光束的這些特性已經在光導引粒子運動中得到了初步的套用。我們將通過研究Airy光束的電磁場和微粒的相互作用，搞清微粒的尺寸、光學性質、形狀及Airy光束的特性參數等對微粒動力學的影響，探索Airy光束的無衍射、自重構和橫向加速在微粒光操控中的套用。研究Airy光束在微流體環境下對粒子的導引、分離和分類方面的套用。建立基於Airy光束的微流控光學層析系統。

結題摘要

光學微操控中的許多進展都得益於結構光場的套用，而“無衍射”光束就是很重要的一種結構光場。而Airy光束就是一種無衍射光束，並且具有自愈和沿彎曲軌跡傳播的特性。在本項目中，我們按照計畫開展研究，在光學微操控和粒子捕獲、輸運方面取得了較大的進展。我們將我們的研究工作增加了分析電子在真空中加速的理論研究，並取得了很好的研究結果。在Airy光束對瑞利粒子的捕獲和推進作用的理論分析基礎上，我們進一步開展了Airy光束對Mie粒子的捕獲的研究。我們通過採用平面波譜和任意光束理論得到了光學俘獲力和粒子的尺寸及相對摺射率的關係；我們首先對Airy光束迅衰場對粒子的操控和輸運進行了系統的研究。通過採用電磁場的矢勢理論和譜方法，我們推導出了存在於稜鏡表面的Airy迅衰場的表達式，詳細的討論了Airy迅衰場作用在Mie粒子上的光輻射力。我們討論了在Airy迅衰波的情況下，光學俘獲力的形態學共振和粒子內部場分布的關係。在分析迅衰場的俘獲研究中，粒子和界面之間的多散射效應也是一個很重要的因素，我們對多散射效應對光輻射力的影響進行了深入的研究，採用廣義最小誤差法消除了疊代法中所出現的誤差和發散。在真空電子加速方面，我們通過引入Weniger變換解決了採用微擾法做遇到的電磁場表示的發散問題，並採用該方法分析了徑向偏振高斯光束的加速電子的問題。在Airy光束加速電子方面，首次提出了真空中交叉Airy光束加速電子機制。根據Airy光束相對位置和橫向加速特性，設計了“面對面”和“背對背”式交叉機制。“面對面”交叉機制可以連續二次加速電子，從而使電子獲得更高的能量增益。