平行光全反射迅衰场中光辐射力及其规律.pdf

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1、上海理工大学学报第32卷第3期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．32No．32010文章编号：1007—6735(2010)03—0235—07平行光全反射迅衰场中光辐射力及其规律王兵善，沈建琪，王华睿，卢进灯(上海理工大学理学院，上海200093)摘要：利用Mie散射理论和电偶极子近似理论，计算了球形颗粒在全反射迅衰场中受到的光辐射力，得到了光辐射力随颗粒与分界面之间距离、入射角、颗粒半径和颗粒折射率的变化曲线．分析了光辐射力随相

2、应参数的变化规律并且给予物理解释．关键词：光辐射力；纳米颗粒；迅衰场；梯度力；散射力中图分类号：0436．2文献标志码：ARadiationforceanditspropertiesintheevanescentfieldgeneratedbythetotalreflectionofaplanarwaveWANGBing-shan，SHENJian-qi，WANGHua-mi，LUJin-deng(CollegeofScience，UniversityofShanghaiforSciencean

3、dTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Theopticalradiationforceonadielectricsphereintheevanescentfieldcreatedbythetotalinternalreflectionofaplanarwavewerecalculated，whereinboththeclassicalMiescatteringtheoryandthedipoleapproximationwereemployed．Th

4、edependencesoftheradiationforceontherelativeparametersincludingthedistancebetweentheparticlecentreandtheinterface，theinci—dentangleoftheplanarwave，theparticlesizeanditsrefractiveindexwereobtainednumerically．Thepropertiesoftheradiationforcewereanalyze

5、dandthecorrespondinginterpretationsweregiv—enphysically．Keywords：radiationforce；nanoparticle；evanescentfield；gradientforce；scatteringforce光波作为电磁波的一种，不仅携带能量，而且携论[5]和适用于小颗粒(粒径小于波长20倍)的电偶带动量．光与物质相互作用包含着能量和动量的传极子近似模型[6]．基于Mie散射理论的光辐射模递，意味着光波对微粒存在力的作用，即光辐

6、射力．型[7]既适用于大颗粒也适用于小颗粒，但只能解决自Ashkin等[1]人第一次证实了光辐射力可用来球形颗粒的情况．对于非球形颗粒，相应的理论模型捕获纳米和微米级颗粒以来，光辐射力得到广泛重有T一矩阵模型[8]、分离偶极子模型[9-11j和有限差视和应用，如生物医学中细胞操纵L3]、微粒组装[4时域方法[1]等．纳米流体因其具有独特的性能已经等．研究人员给出了描述光辐射力的多种理论，如适在化工、运输、航天和微电子行业得到应用．对于流用于大颗粒(粒径大于波长l0倍)的几何光学理体内与纳米颗粒有

7、关的多个参数(粒径、浓度、运动收稿日期：2009—12—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(50876069)；上海市研究生创新基金资助项目(JWCXSL0902)作者简介：王兵善(1983一)，男，硕士研究生．E-mail：wangbingshanl@yahoo．com．cn上海理工大学学报2010年第32卷特征等)的测试，光散射法作为一种非接触测量方法：(sin20l一；1)／(1)被认为是最有前途的测试手段．纳米流体的光散射C测量包含了流体内部颗粒参数的测量和流体边界层n2l=n2／n

8、l颗粒参数的测量．流体边界层光散射测量的关键技式中，为人射光的角频率；C为真空中光速．阻尼术是将光照区域限制在流体边界层附近的有限厚度系数之倒数表示迅衰场的最大传播距离，称作透射范围内，可通过全反射技术实现[1。-1．相对应的研深度，即究内容包括全反射衰减场中颗粒的散射光分布和颗=一=—(sin21一；1)-1／2n1粒所受到的光辐射力等问题．本文根据Almaas等人的基于严格Mie散射理论的光辐射模型

9、7]和电偶用exp(iyz)表示在边界处的相位变化项，其中极子近似理论模型[6]，通过数值计