周期性保守光力场中的光学分馏研究

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光力是处在光场中的微粒子受到的光的作用力,从性质上可以分为梯度力和散射力两部分。梯度力是保守力,主要是由于光场强度分布的不均匀而产生的。它对微粒子的作用主要是将微粒子拉向光场中强度最大处或最小处,可单独用于囚禁粒子。散射力(也称光辐射压力)是非保守力,通常会推着微粒子沿光的传播方向移动,它的主要作用是输运微粒子。梯度力和散射力是操纵和囚禁粒子的有力工具。研究者已基于梯度力和散射力的不同性质取得一系列重要成果,光镊是大家最为熟知的例子。本文将利用梯度力的相关性质来操控微粒子的输运。我们研究了微纳粒子在纯净的梯度力场——周期性保守光力场中的运动特性,发现微纳粒子在光力场中的运动轨迹呈现奇特的阶梯型。我们通过大量数值计算,还发现不同大小、不同速度的微纳粒子在光力场中的运动轨迹和运动方向可能非常不同,由此,我们可以利用这一点进行粒子分选。在微纳尺度上,许多学科都在寻找准确有效地分离胶体、细胞和其他生物粒子的方法。这种分离方法在促进生物学和医学研究中发挥着关键作用。我们通过数值方法,模拟了微纳粒子的运动轨迹,得到大量粒子通过周期性保守光力场时的运动规律,为实验工作和实际应用筛选粒子和进行粒子光学分馏等技术提供了参考和备选方案。
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