1. 研究目的与意义（文献综述）

光镊技术近几十年来在非接触捕获和操纵微粒上发挥着重要作用，最近基于磁光效应的纳米结构光栅器件被证明可以捕获原子，为光镊技术在应用领域的推广创造了新的机会。此外这种技术从刚开始的只适用于原子物理学到被广泛用于医学，生物学等领域， 例如用于测量DNA中分子马达的运动特性，生物学上使用光镊操作动物细胞，染色体的分选等等，随着现代医学和生物学的发展，对于操作的要求越发精细，越来越多的光镊技术被应用于各项试验中，大大促进了这些领域的发展。

光镊技术的核心在于计算光场和微粒之间的作用力，现在一般采用经典电磁理论对光场中的微粒进行受力分析。光镊的概念早在1986由Ashkin等人提出，对光镊的理论研究可以以研究粒子在光波导倏逝场中受力及其运动方式和特点为基础。为了精确的对粒子进行操作，有必要从数学上定量地计算粒子受力。具体地，目前主要应用的数学模型有几何光学（RO）模型和电磁（EM）模型，RO模型适用于几何尺寸较大的粒子，其具体应用条件为（为粒子的半径），而EM模型则不受粒子大小的限制。为了精确计算粒子的受力则需要对EM模型应用米氏理论进行数值计算。米氏理论是一种用来描述球形粒子散射电磁场的一种主要方法，球形粒子在倏逝场中的受力可以通过米氏理论进行计算。近年来人们对于米氏理论进行了推广和发展，使其在数值计算上更加高效和方便。典型的米氏理论的推广有：广义洛仑兹-米氏理论（GLMT）和任意波束理论（ABT），近年来有不少论文对GLMT和ABT进行了深入的探讨，例如采用加入复角的计算方法来简化ABT在计算上的复杂度等，这些探讨使得米氏理论无论是在数学原理上还是应用扩展上都有很大程度的发展。

光镊技术为许多对微粒的实验打开方便之门，对平面光波导倏逝场中米氏粒子的受力进行研究，有助于从原理上理解光镊技术，为提高光镊技术的精度，扩大光镊技术的应用范围，进一步发展光镊技术的理论打下坚实的基础。现代科学在往更加精细化的方向发展，光镊技术的应用为这种趋势提供了所需的技术，而理论研究则指明了光镊技术的发展方向。

2. 研究的基本内容与方案

本设计的基本内容为利用广义米氏理论对光波导倏逝场中的米氏粒子受力进行计算，并分析粒子半径对粒子受力和运动速率的影响。为了计算方便，本文假设所研究的微粒为球形微粒，这样就适用于广义米氏理论。任意波束理论（abt）为广义米氏理论的一种，其原理是求解亥姆霍兹方程，得到电磁场的球谐函数表达式，并由此球谐函数扩展得到电场和磁场的表达式，再分类讨论tm和te两种情况，将电磁场表达式代入麦克斯韦应力张量的表达式并在球体上对其积分，就能得到粒子的受力情况。本设计的理论分析部分主要应用abt完成，主要目标是计算粒子的受力情况，并画出粒子受力关于粒子半径的曲线图，再分析图示的现象，得出其中的规律。具体地技术方案及措施如下：

1.理论推导

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解广义米氏理论；确定方案，完成开题报告。

第4-5周：完成文献翻译。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] e.almaas and i.brevik.radiation forces ona micrometer-sized sphere in an evanescent field[j].j. opt. soc. am. b 1995,12:2429–2438.

[2] zhang b, luo jx, liu z l, et al. calculation of the radiation forces on a microsphere in theevanescent field of an optical nanofiber by ray tracing[j]. applied optics,2016, 55(6): 1490-1493.

[3] 李银妹,龚雷, 李迪,等. 光镊技术的研究现况[j].中国激光, 2015, 42(1): 9-28.