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源自于物体自诱导产生的局部负强度梯度特性的光学牵引力

(2018-11-20 13:27:04)
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哈工大提出光子晶体通道中的自诱导光牵引效应

作者:李志兰 来源:中国激光 时间:2018-11-16 16:26 

哈尔滨工业大学丁卫强教授与新加坡国立大学仇成伟教授、美国东北大学刘咏民教授等人合作,提出了光子晶体通道中的自诱导光牵引效应。该研究深刻揭示了光场、物体、以及背景结构等三体强相互作用下的光场动量转换规律,得到了光学牵引力,为新型光操控技术的发展提供了指导。

基于光力效应的光操控技术在生物、纳米、量子等领域具有重要的价值,光镊发明人阿瑟·阿什金也因此获得2018年诺贝尔物理学奖。近些年来,光操控原理和技术都得到了很大的发展,已经从阿什金提出的基于保守光力的单自由度操控—捕获,向保守和非保守光力共同参与的多自由度操控发展,包括捕获、旋转、自旋、横向位移、前向推动、以及后向牵引等。其中后向牵引这一自由度,即光照射到物体时将操控物体拉向光源而不是将其推走,具有非常有趣的物理内涵和广泛应用,因此受到广泛关注。然而要实现这一牵引自由度操控并不容易,要么借助特殊光场(如贝塞尔光束及螺旋光束等,或者多光束的干涉),要么利用具有特殊光学性质的物体(如光学增益介质及负折射率或者手性介质等)。

该研究团队突破以往的研究思路限制,从光与物质相互作用的背景特性入手,提出周期背景中调控光力的新思路。由于周期背景中具有丰富的布洛赫模式,因此能更灵活地调控光场动量及其与物质相互作用的特性。研究团队利用光子晶体中的自准直传输模,理论预言了无限长距离的光学牵引效应,并对其机理进行了深入分析。结果表明,该结构中实现的光学牵引力来自于物体自诱导产生的局部负强度梯度特性,因此主要贡献来自于强度梯度力,而不是以前人们认为的散射力。该研究结果丰富了人们对光学牵引力的认知,开辟了利用周期背景实现光力调控的新思路。

   源自于物体自诱导产生的局部负强度梯度特性的光学牵引力
 
    源自于物体自诱导产生的局部负强度梯度特性的光学牵引力

      该研究相关成果发表在Physical Review Letters  120, 123901 (2018) ]上。哈尔滨工业大学为第一作者单位,哈工大博士生朱彤彤为论文第一作者,哈工大丁卫强教授、美国东北大学刘咏民教授、以及新加坡国立大学仇成伟教授为论文的共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金以及哈工大理学创新基金的资助。

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