毋飞鹏，张 波，刘子龙，唐 禹

(武汉理工大学 理学院 物理系，武汉 430070)

T矩阵方法计算双层球形粒子的受力

毋飞鹏，张 波，刘子龙*，唐 禹

(武汉理工大学 理学院 物理系，武汉 430070)

为了分析聚焦光束对多层粒子的捕获效率，结合矢量衍射积分、T矩阵方法以及Maxwell应力张量积分，通过理论推导给出了双层球形粒子的T矩阵的详细表达式，并对双层球形粒子在聚焦光场中的受力进行了数值计算，详细分析了内层折射率和内层尺寸对光场捕获效率的影响。结果表明，只有内层折射率在一定范围内，聚焦光束对双层球形粒子才具有捕获作用，随着内层折射率增加，最大后向捕获效率先增加后减小至零，对于空心粒子，内层尺寸越大，聚焦光束对粒子的捕获作用越弱，且平面波的捕获作用比高斯光束更强。此双层球形粒子的受力计算可以拓展到多层的复杂粒子的情形。

激光技术；光学捕获；T矩阵；双层球形粒子

引 言

自从ASHKIN在实验中首次观察到激光对微粒的辐射力、并利用一束强聚焦激光对微粒实现了稳定的3维捕获以来[1-2]，光镊技术得到了巨大的发展，并广泛运用到原子物理学、生物医药、生命科学等领域[3-5]。光镊技术已被用于细胞分选[6]、测量细胞弹性[7]、研究染色体转录[8]、研究驱动蛋白[9]、测量液体粘滞系数[10]等。在光镊技术的相关研究领域中，理论上计算各种微粒的受力具有重要的指导意义。射线模型和瑞利模型可以计算尺寸远大于和远小于入射波长的粒子的受力[11-12]，对于尺寸近似波长的粒子，可以利用多种数值方法来计算散射场，并利用麦克斯韦应力张量积分求得粒子的受力[13-16]。……