本文關(guān)鍵詞： 四元數(shù) 光線追跡 橢球微粒 光阱力　出處：《物理學報》2017年04期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：在光鑷的射線模型中,追跡光線在界面的折射反射光是較基本的也是較復雜的問題.傳統(tǒng)的幾何光學法計算光線的方位,對于一些不規(guī)則的物體來說,存在一定的困難度.本文提出使用四元數(shù)簡化空間光線追跡,從而可計算非球形顆粒的光阱力.以入射光線和界面法線的外積確定入射面的法線為旋轉(zhuǎn)軸;根據(jù)折射定律確定由入射光線旋轉(zhuǎn)到反射光線和折射光線的角度.將入射光線以四元數(shù)表示,根據(jù)四元數(shù)旋轉(zhuǎn),可獲得反射光線和折射光線的空間矢量.根據(jù)光子的動量變化,求得光阱對微粒的作用力.本文以球差影響下的不同形變的橢球為計算示例,模擬了橢球在光阱下的動力學行為,結(jié)果表明橢球的橫向和軸向俘獲效率受到各方向變形系數(shù)的影響;球差增大降低了軸向的最大俘獲效率,穩(wěn)定俘獲位置也隨之朝負軸偏離中心更遠;在固定球差作用下,最大軸向俘獲效率與軸向變形系數(shù)相關(guān),在特定的變形下軸向俘獲效率變得較大.由此驗證了四元數(shù)方法的正確性、實用性與普遍性.
[Abstract]:In the ray model of optical tweezers, the refraction and reflection of tracing light at the interface is a relatively basic and complex problem. The traditional geometric optics method is used to calculate the azimuth of light, for some irregular objects. In this paper, the quaternion is used to simplify the space ray tracing, so that the optical trap force of the non-spherical particles can be calculated. The normal line of the incident plane is determined as the axis of rotation by the external product of the incident light and the normal line of the interface. According to the law of refraction, the angle of rotation from incident light to reflected light and refraction light is determined. The incident light is expressed as quaternion and rotated according to quaternion. The space vector of reflected light and refraction light can be obtained. According to the change of photon momentum, the force of optical trap on particles can be obtained. In this paper, the ellipsoid with different deformation under the influence of spherical aberration is taken as an example. The dynamic behavior of the ellipsoid in the optical trap is simulated. The results show that the transverse and axial capture efficiency of the ellipsoid is affected by the deformation coefficient in each direction. With the increase of spherical aberration, the maximum capture efficiency is reduced, and the stable capture position is further away from the center of the negative axis. Under the action of fixed spherical aberration, the maximum axial capture efficiency is related to the axial deformation coefficient, and the axial capture efficiency becomes larger under specific deformation, which verifies the correctness, practicability and universality of the quaternion method.
【作者單位】： 安徽醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程系;
【基金】：國家自然科學基金青年基金項目(批準號:31400943) 安徽高校自然科學研究重點項目(批準號:KJ2016A361) 安徽醫(yī)科大學博士科研資助基金(批準號:XJ201518)資助的課題~~
【分類號】：O435.1
【正文快照】： 長的光阱力,即使在顆粒尺寸與波長相近時,也能1引言取得與實驗相近的結(jié)果,在光鑷發(fā)展的30年內(nèi)不斷得到應用和推廣.目前光鑷廣泛應用于單分子檢測馬達蛋在RO模型中,Ashkin[11]提出的射線追蹤的白[1,2],DNA和RNA力學特性分析[3]、測量細胞模型可以很好地分析球形顆粒在光阱中的

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本文編號：1461803