T矩阵在光扭矩分析中的应用.pdf

第40卷第6期激光与红外Vo1．40．No．6

2010年6月LASER＆INFRAREDJune，2010

文章编号：1001—5078(2010)06-0601-03·激光应用技术·

T矩阵在光扭矩分析中的应用

祖明焱，刘永红，史锦珊

(1．秦皇岛市海湾安全技术有限公司，河北秦皇岛066004；2．燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066004)

摘要：在一定条件下经过高数值孔径聚焦后的激光可以捕获微米量级的微粒，这种技术称为

光镊。光阱与捕陷粒子间存在角动量传递会产生光扭矩，采用T矩阵方法实现了显微量级光

扭矩的测量。仿真结果验证了T矩阵方法的计算高效性，同时分析了光阱参数对光扭矩效率

的影响，为光扭矩的实际应用提供了理论依据。微光扭矩的测量具有广阔的应用前景。

关键词：光阱；微扭矩；T矩阵；电磁散射

中图分类号：TN247文献标识码：A

ApplicationofT-matrixmethodintheanalysis

ofopticaltorque

ZUMing—yan，LIUYong—hong，SHIJin—shan

(1．GulfScientificTechnologyCompany，Qinhuangdao066004，China；

2．CollegeofElectricalEngineering，YanShanUniversity，Qinhuangdao066040，China)

Abstract：Atightlyfocusedlaserbeamcantrapparticlesofsizerangingfromtensofnanometerstotensofmicrome—

ters．Intheprocess，angularmomentumistransferedrfomthetrapingbeamtothetrapedparticlesandmicrooptical

torqueisgenerated．Thecalculationoftheopticaltorqneiscomplicated．AmethodofusingT—matrixtocomputethe

opticaltorqueispresented．Opticaltrapparametersaffectingthetorqueisanalyzed．Simulationsprovetheeffiencyof

theTmatrixandthatoffersatoolfortheanalysisofopticaltorque．

Keywords：opticaltrap；microtorque；T—matrix；electromagneticscattering

1引言

以激光微束光阱效应为基础的光镊技术是

生命科学和生物工程研究的有力工具。光镊是利用

光与物质问动量传递的力学效应形成的三维梯度光

学势阱，其最基本的组成单元是：一束经过扩束的平

行激光束和一高数值孔径的物镜，强会聚激光光场

作用于一透明物体，如果粒子的折射率大于周围介

质的折射率，梯度力将把粒子推向光场最强处，即激

光焦点。光镊结构示意图如图1所示。图1光镊结构示意图

目前对光阱力的测量有很多成熟的计算方法：Fig．1schematicdiagramofanopticaltweezers

如几何光学模型(Ray—Optic)或瑞利模型(Rayleigh

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