Градиентная сила, действующая со стороны гауссова светового пучка на диэлектрическую прозрачную микросферу: приближение Рэлея–Ганса
https://doi.org/10.29235/1561-8323-2026-70-3-201-207
Аннотация
В приближении Рэлея–Ганса получено выражение для градиентной силы, действующей в гауссовом пучке оптического излучения на прозрачную диэлектрическую микросферу. Приближение Рэлея–Ганса накладывает ограничение на фазовый сдвиг волны при прохождении микросферы. Вывод выражения проведен в предположении незатухающего пучка. Учтена неоднородность действующего излучения в пределах микросферы. Полученное выражение для градиентной силы в приближении Рэлея–Ганса при уменьшении отношения размера микросферы к диаметру гауссова пучка сводится к известным выражениям для градиентной силы в приближении Рэлея. Градиентная сила радиально симметрична и не зависит от направления поляризации световой волны в сечении пучка. Показано, что для частиц, удовлетворяющих приближению Рэлея–Ганса, градиентная сила, действующая в поперечном направлении пучка, меньше градиентной силы, рассчитанной в приближении Рэлея. С увеличением размера частиц это различие возрастает. Проведен расчет поправочного коэффициента для теории Рэлея–Ганса в зависимости от удвоенного квадрата отношения радиуса микросферы к радиусу светового пучка. Установлено, что уже при радиусе микросферы, составляющем 3,5 длины волны, градиентная сила в приближении Рэлея–Ганса в два раза меньше, чем в приближении Рэлея.
Об авторе
С. Ю. Михневич
Белорусская государственная академия связи
Беларусь
Беларусь
Михневич Светлана Юрьевна – канд. физ.-мат. наук, заведующий кафедрой
ул. Скорины, 8, 220017, Минск
Список литературы
1. Аскарьян, Г. А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы / Г. А. Аскарьян // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1962. – Т. 42, № 6. – С. 1567–1570.
2. Ashkin, A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure / A. Ashkin // Physical Review Letters. – 1970. – Vol. 24, N 4. – Art. 156. https://doi.org/10.1103/physrevlett.24.156
3. Optical tweezers: theory and modelling / T. A. Nieminen, N. du Preez-Wilkinson, A. B. Stilgoe [et al.] // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2014. – Vol. 146. – P. 59–80. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2014.04.003
4. Sukhov, S. Non-conservative optical forces / S. Sukhov, A. Dogariu // Reports on Progress in Physics. – 2017. – Vol. 80, N 11. – Art. 112001. https://doi.org/10.1088/1361-6633/aa834e
5. Levitodynamics: Levitation and control of microscopic objects in vacuum / C. Gonzalez-Ballestero, M. Aspelmeyer, L. Novotny [et al.] // Science. – 2021. – Vol. 374, N 6564. – P. 168–179. https://doi.org/10.1126/science.abg3027
6. Forbes, K. A. Optical binding of nanoparticles / K. A. Forbes, D. S. Bradshaw, D. L. Andrews // Nanophotonics. – 2020. – Vol. 9, N 1. – Р. 1–17. https://doi.org/10.1515/nanoph-2019-0361
7. Optical pulling forces and their applications / H. Li, Y. Cao, L.-M. Zhou [et al.] // Advances in Optics and Photonics. – 2020. – Vol. 12, N 2. – P. 288–366. https://doi.org/10.1364/aop.378390
8. Transparent microspheres pattern generation in liquid by counter-propagating beams of laser radiation / A. A. Аfanas’ev, А. N. Rubinov, V. М. Volkov [et al.] // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. – 2008. – Vol. 11, N 4. – P. 465–470.
9. Ван де Хюлст, Х. К. Рассеяние света малыми частицами / Х. К. ван де Хюлст. – М., 1961. – 536 с.
10. Rohrbach, A. Optical trapping of dielectric particles in arbitrary fields / A. Rohrbach, E. H. K. Stelzer // Journal of the Optical Society of America A. – 2001. – Vol. 18, N 4. – P. 839–853. https://doi.org/10.1364/josaa.18.000839
11. О радиационных силах, действующих на прозрачную наночастицу в поле сфокусированного лазерного пучка / А. А. Афанасьев, Л. С. Гайда, Д. В. Гузатов [и др.] // Квантовая электроника. – 2015. – Т. 45, № 10. – С. 904–907.
12. Локализация частиц сферической формы под действием градиентной силы в интерференционном поле лазерного излучения / А. А. Афанасьев, А. Н. Рубинов, Ю. А. Курочкин [и др.] // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33, № 3. – С. 250–254.
13. Локализация сферических частиц под действием градиентных сил в поле бесселева пучка нулевого порядка. Приближение Рэлея–Ганса / А. Н. Рубинов, А. А. Афанасьев, И. Е. Ермолаев [и др.] // Журнал прикладной спектро скопии. – 2003. – Т. 70, № 4. – С. 502–507.
14. Harada, Y. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime / Y. Harada, T. Asakura // Optics Communications. – 1996. – Vol. 124, N 5–6. – P. 529–541. https://doi.org/10.1016/0030-4018(95)00753-9
15. Abramowitz, M. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables / M. Abramowitz, I. A. Stegun. – 10th ed., revised. – National Bureau of Standards, 1972. – 470 p.
Рецензия
Просмотров:
286
JATS XML
Послать статью по эл. почте 