全反射倏逝波干涉场光学力研究

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近场光学是物理光学中的一门新兴学科,它是研究距物体表面亚波长范围内倏逝光场的特性。对倏逝场进行分析可以获得物体表面的精细结构,从而使得基于近场光学技术的光学分辨率达到纳米量级。随着世界各地学者不断地发展近场光学理论、研制并改进近场光学显微系统,使得这门学科在物理、材料、生物、信息、医学等领域得到应用和发展。本论文首先介绍了近场光学的发展,超衍射分辨率的原理,近场光学显微术系统的结构与应用;接下来简要地介绍了近场光学的几个基本理论:有限时域差分法(FDTD)、散射扰动理论、复合多极子方法、格林函数法及并矢传播子理论;然后从偶极子模型出发,分析了偶极子辐射的横向和纵向近场分布,并从偶极子多次散射理论获得了基于半宽度的光学分辨率,同时利用镜像法从理论上分析了近场光的耦合作用,从数值的分析中获得了近场光学显微镜分辨率的一般特性,从而深入解析了近场中光和物质的相互作用问题;最后构造了一种新型的倒金字塔形棱镜,主要以高斯光束作为光源,分析了在光束全内反射时在棱镜表面形成的倏逝场、倏逝波干涉场及其传播特性,在理论上得到倏逝波的一维、二维干涉场的分布以及干涉场对纳米粒子的光学作用力,这种光学力表现为较弱的散射力和较强的梯度力,通过数值计算,可以发现:与普通倏逝场相比,倏逝波干涉场将增大光学力的作用范围,增强光学力的作用强度,在棱镜表面附近形成了许多排列规律的稳定的粒子平衡位置,一维干涉倏逝波干涉场中粒子将形成链状排列,二维干涉倏逝波干涉场中粒子将形成点阵排列;论文末尾也采用射线光学模型对Mie粒子在高斯光束中的光学力作了简要介绍。上述分析可以进一步认识近场光学的特点,为新型近场探测仪器等开发提供必要的理论支持。
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