光纤光阱力计算的近似条件及误差分析.PDF

激光与光电子学进展 51, 081404(2014) Laser Optoelectronics Progress ©2014《中国激光》杂志社 光纤光阱力计算的近似条件及误差分析 熊 威 肖光宗 韩 翔 张尧楷 黄 云 罗 晖* 国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073 摘要 光纤光镊技术利用光纤出射的光束捕获和操控粒子，其飞速发展对光阱力的理论研究提出了更高的要求。采 用射线光学模型对光纤光阱中的米氏微球所受到的光阱力进行数值模拟，讨论了光阱力计算中可采用的近似条件及 其应用范围，比较了在近似条件下与直接计算情况下结果的差异，分析了微球与光纤端面之间的距离对近似计算的 影响。理论分析和模拟计算表明，当微球与光纤端面之间的距离大于临界值时，可对计算模型中光束在微球表面的 入射角、入射点的方位角等角度参量作近似处理，该结论为简化光纤光阱力计算提供了理论依据。 关键词 激光技术；光阱力；数值模拟；光纤光镊；近似条件 中图分类号 TN249 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.081404 AnalysisofApproximateConditionsandErrorofTrappingForces inaFiberOpticalTrap XiongWei XiaoGuangzong HanXiang ZhangYaokai HuangYun LuoHui CollegeofOptoelectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology, Changsha,Hunan410073,China Abstract Fiberopticaltweezerscaptureandcontrolparticleswithfiberoutputbeam.Thefastdevelopmentof fiberopticaltweezersputsforwardhigherrequirementstothetheoreticalstudyoftrappingforces.Numerical simulationoftrappingforcesofMieparticlewhosediameterislargerthanthefree-spacewavelengthisdone, theapproximateconditionsintrappingforcescalculatinganditsappliedrangearediscussed,theresultofdirect calculatingandtheresultcalculatedundertheapproximateconditionsareobtainedandcompared.Influenceon approximate calculating caused by the distance between particle and fiber end is analyzed. The numerical resultsshowthatwhenthedistancebetweenparticleandfiberendislargerthanacertainvalue d,whichis relatedtoradiusofwaistbeam,someangleparameterssuchastheincidenceangleandtheazimuthalanglecan be approximated, and the conclusion provides theoretical reason for simplified fiber optical trapping force calculating. Keywords lasertechnique;trappingforces;numeric