米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中的受力分析开题报告

 2024-06-04 15:21:38

1. 本选题研究的目的及意义

光操控技术利用光场的动量特性对微小粒子进行非接触式的捕获、操控和操纵,在生物医学、材料科学、胶体化学等领域展现出巨大的应用潜力。

米氏粒子,作为一种典型的散射体,其尺寸与光波长相当,在光操控领域具有重要的研究价值。


本选题旨在深入研究米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中的受力情况,揭示光束参数对粒子受力及运动的影响规律,为实现对米氏粒子的高效、灵活操控提供理论依据。

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2. 本选题国内外研究状况综述

光操控技术自20世纪70年代问世以来,一直是光学领域的研究热点之一。

早期的研究主要集中在利用单束高斯光束实现对微小粒子的捕获,Ashkin等人利用透镜聚焦的单束高斯光束首次实现了对微米级介电粒子的三维捕获,为光镊技术的发展奠定了基础。

近年来,随着研究的深入,人们开始探索利用新型光束(如贝塞尔光束、艾里光束等)实现对微粒子的操控。

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3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题将采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,以麦克斯韦电磁理论和米氏散射理论为基础,建立米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中的受力模型,分析光束参数对粒子受力及运动的影响规律,并通过数值模拟验证理论分析结果。

1. 主要内容

1.推导聚焦贝塞尔高斯光束的表达式,分析其聚焦特性,为后续研究米氏粒子在该光场中的受力奠定基础。

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4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析和数值模拟相结合的方法,逐步深入地开展研究工作。


首先,将利用贝塞尔函数和高斯光束的理论知识,推导出聚焦贝塞尔高斯光束的表达式,并分析其光强分布特点,为后续研究米氏粒子在该光场中的受力奠定基础。


其次,将基于麦克斯韦应力张量和米氏散射理论,建立米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中的受力模型。

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5. 研究的创新点

本研究的创新点在于:
1.将聚焦贝塞尔高斯光束应用于米氏粒子的操控,并建立了相应的受力模型,为利用该光束实现对米氏粒子的高效操控提供了理论依据。

2.系统地研究了光束参数对米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中受力及运动的影响规律,揭示了光束参数对光操控效果的影响机制,为优化光操控方案提供了指导。

3.结合理论分析和数值模拟,对米氏粒子在聚焦贝塞尔高斯光场中的受力及运动进行了全面分析,验证了理论模型的准确性和可靠性,为后续的实验研究提供了参考。

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6. 计划与进度安排

第一阶段 (2024.12~2024.1)确认选题,了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段(2024.1~2024.2)查询阅读相关文献,列出提纲

第三阶段(2024.2~2024.3)查询资料,学习相关论文

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7. 参考文献(20个中文5个英文)

[1] 赵凯,姚保利,李栋,等. 零阶贝塞尔光束对微粒的捕获特性[J]. 激光技术,2017,41(01):37-41.

[2] 郭彩丽,赵道木. 基于矢量叠加理论的紧聚焦贝塞尔-高斯光束偏振特性研究[J]. 光学学报,2017,37(03):389-397.

[3] 谭强,张彬,聂义友,等. 贝塞尔光束与高斯光束的比较研究进展[J]. 激光与光电子进展,2016,53(01):17-27.

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