高斯光束中吸收双层球形微粒的横向光俘获

张艳峰; 李玉栋; 赵立华; 刘洪冰; 陈靖; 崔国新; 许京军; 孙骞

doi:10.7498/aps.58.258

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摘要
为了研究吸收双层球形微粒的横向光俘获，基于几何光学模型提出了双层带吸收球形微粒的光俘获模型，对TEM00模式高斯光束照射下外层有光吸收的双层电介质球形微粒受到的横向光俘获力进行了数值模拟，取得了光俘获力特性的一系列结果.结果显示，双层球形微粒的外层吸收系数对包括稳态俘获位置，峰值强度，稳态俘获的刚度等光俘获特性有很大影响.此外，内外径的比率对吸收双层球形微粒的光俘获特性也有调制性的影响.在一定条件下，带吸收的双层球形微粒可以被俘获在光轴上，也可能被俘获在中心在光轴上的圆环上.

关键词:
光俘获 /

几何光学模型 /

高斯光束 /

吸收双层球
Abstract
In this paper, the transverse optical trapping of absorbing double-layer spherical particle is studied based on geometrical optics model. A model for double-layer spherical particle with optical absorption is presented. The transverse optical trapping force of a double-layer dielectric spherical particle with linear absorption in the outer layer illuminated by a focused Gaussian beam of TEM00 mode is simulated numerically. Our results show that the characteristicsof optical trapping, including the stable trapped positions, the peak intensityand the stiffness of stable trapping, greatly depend on by the absorption coefficient of the double-layer spherical particle. Besides, the ratio of the inner radius to the outer radius of the particle also has modulating influence on the properties of transverse trapping. It is possible to trap transversely the double-layer spherical particle with absorption on the axis of the incident Gaussian beam and on a circle centered at the optical axis for different axial offsets of sphere center from the beam waist as well.

Keywords:
optical trapping /

geometrical optics model /

Gaussian beam /

absorbing double-layer sphere
作者及机构信息
张艳峰³,

李玉栋¹,

赵立华¹,

刘洪冰¹,

陈靖¹,

崔国新¹,

许京军²,

孙骞²

(1)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457; (2)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；天津市光子学材料与技术重点实验室，南开大学，天津 300071; (3)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；中欧工程师学院，中国民航大学，天津 300300

基金项目: 天津市自然科学基金(批准号：06TXTJJC13500)、国家重点基础研究发展计划(批准号：2007CB307003)资助的课题.
Authors and contacts
Zhang Yan-Feng³,

Li Yu-Dong¹,

Zhao Li-Hua¹,

Liu Hong-Bing¹,

Chen Jing¹,

Cui Guo-Xin¹,

Xu Jing-Jun²,

Sun Qian²

(1)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457; (2)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；天津市光子学材料与技术重点实验室，南开大学，天津 300071; (3)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；中欧工程师学院，中国民航大学，天津 300300
参考文献

施引文献

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[2]	杨华斌, 仝丽, 朱逸伦. 先进微波成像诊断技术中高通滤波板的优化设计. 物理学报, 2015, 64(16): 165202. doi: 10.7498/aps.64.165202
[3]	孙贤明, 肖赛, 王海华, 万隆, 申晋. 高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2015, 64(18): 184204. doi: 10.7498/aps.64.184204
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[14]	王友文, 胡勇华, 文双春, 游开明, 傅喜泉. 高斯光束非线性“热像”效应研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5855-5861. doi: 10.7498/aps.56.5855
[15]	赵光普, 肖希, 吕百达. 光场的非傍轴性对光谱移动和光谱开关的影响. 物理学报, 2007, 56(8): 4608-4614. doi: 10.7498/aps.56.4608
[16]	刘华刚, 章若冰, 张海清, 朱晨, 马晶, 王清月. 发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4635-4641. doi: 10.7498/aps.56.4635
[17]	王治华, 贺应红, 左浩毅, 郑玉臣, 杨经国. 基于高斯光束特性的Mie散射大气激光雷达回波近场信号校正研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3188-3192. doi: 10.7498/aps.55.3188
[18]	周国泉. 任意线偏振高斯光束的非傍轴传输. 物理学报, 2005, 54(10): 4710-4717. doi: 10.7498/aps.54.4710
[19]	郭　旗, 许超彬. 偏离束腰入射对非局域非线性介质中高斯光束演化的影响. 物理学报, 2004, 53(9): 3025-3032. doi: 10.7498/aps.53.3025
[20]	郝中华, 刘劲松. 无偏压的串联光折变晶体回路中高斯光束传播特性调节. 物理学报, 2002, 51(12): 2772-2777. doi: 10.7498/aps.51.2772

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高斯光束中吸收双层球形微粒的横向光俘获

1. (1)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457; (2)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；天津市光子学材料与技术重点实验室，南开大学，天津 300071; (3)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；中欧工程师学院，中国民航大学，天津 300300

基金项目: 天津市自然科学基金(批准号：06TXTJJC13500)、国家重点基础研究发展计划(批准号：2007CB307003)资助的课题.

收稿日期: 2008-03-30

修回日期: 2008-05-27

刊出日期: 2009-01-20

摘要: 为了研究吸收双层球形微粒的横向光俘获，基于几何光学模型提出了双层带吸收球形微粒的光俘获模型，对TEM00模式高斯光束照射下外层有光吸收的双层电介质球形微粒受到的横向光俘获力进行了数值模拟，取得了光俘获力特性的一系列结果.结果显示，双层球形微粒的外层吸收系数对包括稳态俘获位置，峰值强度，稳态俘获的刚度等光俘获特性有很大影响.此外，内外径的比率对吸收双层球形微粒的光俘获特性也有调制性的影响.在一定条件下，带吸收的双层球形微粒可以被俘获在光轴上，也可能被俘获在中心在光轴上的圆环上.

关键词:

Transverse optical trapping force of absorbing double-layer spherical particles in a Gaussian beam

1.
(1)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457; (2)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；天津市光子学材料与技术重点实验室，南开大学，天津 300071; (3)教育部弱光非线性光学重点实验室，南开大学,天津 300457；中欧工程师学院，中国民航大学，天津 300300

Received Date: 30 March 2008

Accepted Date: 27 May 2008

Published Online: 20 January 2009

Abstract: In this paper, the transverse optical trapping of absorbing double-layer spherical particle is studied based on geometrical optics model. A model for double-layer spherical particle with optical absorption is presented. The transverse optical trapping force of a double-layer dielectric spherical particle with linear absorption in the outer layer illuminated by a focused Gaussian beam of TEM00 mode is simulated numerically. Our results show that the characteristicsof optical trapping, including the stable trapped positions, the peak intensityand the stiffness of stable trapping, greatly depend on by the absorption coefficient of the double-layer spherical particle. Besides, the ratio of the inner radius to the outer radius of the particle also has modulating influence on the properties of transverse trapping. It is possible to trap transversely the double-layer spherical particle with absorption on the axis of the incident Gaussian beam and on a circle centered at the optical axis for different axial offsets of sphere center from the beam waist as well.

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