全反射倏逝波干涉场光学力研究.pdf

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1、学校代码10406分类号TN247密级学号070080402101题目全反射倏逝波干涉场光学力研究作者肖新元学科专业、测试计量技术及仪器指导教师邹文栋教授申请学位日期2011年06月学校代码：10406分类号：TN247学号：070080402101南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）全反射倏逝波干涉场光学力研究硕士研究生：肖新元导师：邹文栋教授申请学位级别：硕士学科、专业：测试计量技术及仪器所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2011年06月授予学位单位：南昌航空大学StudyonPhotonicForcesonParticlesinth

2、eEvanescentInterferenceFieldCreatedbyTotalInternalReflectionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnTestMeasurementTechnologyandInstrumentsByXinyuanXiaoUndertheSupervisionofProf.WendongZouSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune

3、,2011南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要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

4、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

5、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。关键词：近场光学，偶极子，镜像法，分辨率，高斯光束，梯度力，散射力-I-南昌航空大学硕士学位论文摘要ABSTRACTNear-fieldopticsisanewbranchofphysica

6、loptics,whichisthestudyofsub-wavelengthawayfromtheobject'ssurfacewithintheopticalfielddistribution.Itstudiesmainlytheevanescentwavetoobtainobject’srefinedstructuralinformation.Asaresult,theopticalresolutionbasedonthenear-fieldopticaltechnologyisnanometerorderofmagnitude.With

7、thecontinuousdevelopmentofthenear-fieldopticstheoryandtheimprovementofthenear-fieldopticalmicroscopysystem,thenear-fieldopticsisappliedanddevelopedinphysics,materials,biology,information,medicalandotherareas.Firstly,thepaperintroducesthedevelopmentofnear-fieldoptics,ultra-re

8、solutiondiffractiontheory,near-fieldopticalmicroscopystructureofthesysteman