项目名称: 无梯度光场中的光学牵引力研究

项目编号: No.11474077

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 丁卫强

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 92万元

中文摘要: 沿传播方向无梯度光场中,物体受到与传播方向相反的光学牵引力,而非同方向的推力,是光与物质相互作用中表现出来的兼具重要理论和应用价值的新现象。本项目旨在阐明无梯度光场中光学牵引力的物理机制、产生条件、以及随外界参数的变化规律。利用散射理论分析、全矢量数值模拟以及实验研究相结合的方法,揭示无梯度光场中物体受力的一般规律,探明光学牵引力产生的必要条件以及对光场的特殊要求,挖掘牵引力与物体自身电磁参数、结构参数之间的内在联系。利用被动光场动量放大以及周期结构中特殊的布洛赫模,研究非均匀背景和周期结构背景中光学牵引力的产生、特性以及变化规律;建立光场牵引力随背景介质参数变化的物理模型。利用散射体自身引入局部光场梯度这一手段,研究无梯度光场中物体的自牵引效应,阐明其产生条件,清楚其变化规律。同时在实验上建立可靠的光场牵引力实现方案。本项目的实施,对光学牵引力的基本原理和应用研究都具有重要意义。

中文关键词: 光学牵引力;光场动量;光学操控

英文摘要: A backward pulling force rather than a forward pushing force can be exerted on an object by an optical beam that is non-gradient along the propagation direction. This novel phenomenon is proposed very recently and is extremely important both in fundamental physics and applications. In this project, we will try to clarify the underground mechanisms, requirements for the occurrence, and its changes with other parameters of this abnormal force. Using the scattering theory analysis, full vector numerical simulations, and combining with experimental methods, we aim to find the general properties of the optical forces exerted on objects, and then explore the necessary conditions for the optical pulling force, and dig out the intrinsic relations between the pulling force with the optical and structual parameters of the objects. Using the passive amplification mechanism and special Bloch modes, we will emphasis on the investigations of conditions and properties of optical pulling force in a non-uniform and periodic photonic crystal background, and try to setup a physical model for the optical pulling force with the properties of background medium. Based on the fact that a local intensity gradient will be introduced when a scatter appears in a non-gradient field, we propose a new concept of self-pulling effect. Explaining clearly the requirements of generation and the changing properties of self-pulling effect are our main targets in this part. Meanwhile, based on the investigations mentioned above, we will also propose reliable configurations for the achievement and even applications of optical pulling force in practice. This project is very important for both the fundamental and application researches of optical pulling force.

英文关键词: Optical pulling force;momentum of light;optical manipulation

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