【摘 要】
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本文利用了离散偶极子近似法（DDA）,研究了光子喷射（PNJ）的散射特性和力学效应。已知的光子纳米喷射是一种狭窄的、高强度的光束,被广泛应用在了光学成像、光学亚波长检测、光镊、纳米光刻、光学数据存储以及光学开关等很多领域。光子纳米喷射有很多散射特性,包括最大强度、有效长度、焦点位置以及半峰全宽（FWHM）,光子纳米喷射的力学效应更多的体现在对微小粒子的作用力,包括梯度力和散射力。用来生成光子喷射的
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本文利用了离散偶极子近似法（DDA）,研究了光子喷射（PNJ）的散射特性和力学效应。已知的光子纳米喷射是一种狭窄的、高强度的光束,被广泛应用在了光学成像、光学亚波长检测、光镊、纳米光刻、光学数据存储以及光学开关等很多领域。光子纳米喷射有很多散射特性,包括最大强度、有效长度、焦点位置以及半峰全宽（FWHM）,光子纳米喷射的力学效应更多的体现在对微小粒子的作用力,包括梯度力和散射力。用来生成光子喷射的波束包括平面波、高斯波束以及矢量贝塞尔波束,相较于前两者波束,贝塞尔波束具有自重建和无衍射的特点外,还有其它可以调节的特性,如半锥角、波束阶数等,因此本文重点研究了利用矢量贝塞尔波束生成光子喷射。这将有助于增强贝塞尔光束在生成光子喷射中的应用。离散偶极子近似法是一种可以计算任何一种电磁波对任意形状粒子散射问题的方法。相比较其它算法,具有计算精确度更高的优点。系统的研究波束特性和粒子特性对光子喷射散射特性和力学效应的影响非常重要,以便于提升光子纳米喷射的可调制性。主要工作内容如下:1、利用了离散偶极子近似法,研究了矢量贝塞尔波束照射椭球粒子生成的光子喷射,分析了波束特性和粒子特性对光子纳米喷射的散射特性的影响。关于波束特性,讨论了波长、束腰半径、半锥角、波束阶数、波束中心以及波束极化方式这几个因素的影响。关于粒子特性,讨论了粒子等效半径、折射率和椭圆率的影响。绘制了光子喷射的光场强度在yz平面的分布、沿着z轴和y轴的强度分布曲线以及各项散射特性值随讨论因素的变化曲线。重点分析了光子喷射的最大强度、有效长度、焦点位置、FWHM以及质量标准值Q随波束特性和粒子特性的变化。2、利用了瑞利散射模型,计算并分析了光子纳米喷射作用于瑞利粒子的力学效应。考虑的影响因素与生成光子喷射有关,通过调节不同因素生成光子喷射后,再来分析作用于瑞利粒子的光学力如何变化。本文中研究的是光子喷射对瑞利粒子的散射力和梯度力。讨论的因素包括波束特性和粒子特性,与光子喷射散射特性部分考虑的因素相同。在结果部分绘制了梯度力和散射力在yz平面的强度分布图和沿着y轴的强度分布曲线,并讨论了梯度力和散射力强度随着讨论因素变化的趋势。3、在前两部分的基础上研究了弯曲的光子纳米喷射,即光子钩和双光子钩的散射特性和力学效应。通过改变入射椭球粒子的波束中心和波束阶数,能够生成弯曲的光子钩;通过利用角向极化贝塞尔波束入射椭球粒子,能够生成双光子钩。讨论了粒子折射率、等效半径和波束极化方式对光子钩的影响。在双光子钩部分讨论了粒子折射率和等效半径影响。
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