课题基金 / 基金详情

基于例外点的光学筛选以及光学牵引力的理论与应用研究

批准号:
12104069
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
崔立勇
依托单位:
学科分类:
光与物质相互作用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔立勇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
奇异点是非厄密系统中的奇点。在该点,两个或多个特征值及对应的特征向量发生简并,出现了很多新奇的物理现象。在光学系统中,由于存在大量的非保守过程,奇异点已经被实验观察并有效利用。若将奇异点与光学操控相结合,可能会产生更加新奇的光学现象,但相应的研究至今鲜有报道。本项目将致力于在光学操控理论中融入奇异点,基于传输矩阵、多重散射等理论工具,并结合数值模拟,研究以下内容:基于奇异点附近,对于足够小的扰动,本征频率分裂会极大增强的特性,设计出高灵敏的光学筛选系统,实现对具有细微差别粒子的精确筛选;同时,结合传统的光学操控理论与奇异点的物理特性,设计出可实现光学牵引力的光学系统,探究奇异点与实现光学牵引力关系,并解析的分析其背后的物理机制。本项目通过融合奇异点与光学操控两个不同的领域,以期实现具有新效应的光学操控,是当前奇异点与光学操控的前沿问题,为奇异点与光学操控的实际应用提供了重要的参考价值。
英文摘要
Exceptional points are spectral singularities in the parameter space of a non-Hermitian system. At this point, two or more eigenvalues and eigenvectors coalesce and become degenerate, resulting in many novel physical properties. Owing to the abundance of nonconservative processes, in optical system, exceptional points have been experimentally observed and utilized. Combination of exceptional points with optical manipulation, such as optical sorting, optical pulling, may yield novel optical phenomenon. However, corresponding researches have rarely been reported. Based on substantial theoretical methods such as transfer matrix method and multiple scattering theory, and numerical simulation, this research shall incorporate exception points into optical manipulation, and the specific research contents include: Utilizing the characteristic that the splitting of the eigenfrequency around the exceptional points will be greatly enhanced for a sufficient small perturbation, to design ultra-sensitive optical sorting system, achieving precise sorting of nuanced particles; combining traditional optical binding theory with exceptional points, to design optical system that can achieve optical pulling force, and explore the intrinsic physics of the difficulty in realizing optical pulling. This research combines exceptional points with optical manipulation, aiming to realize optical manipulation with new effects. The research contents are not only the frontier problems in optical manipulation and exceptional points, but also provide important reference values for the application of optical manipulation and exceptional points.
光学微操控包括光学捕获、光学筛选、光学束缚、光学牵引、光学旋转等。光学微操控以其非接触式、无损探测的特性,在胶体科学、生物、医学、生命科学等领域具有重要的应用价值。光学筛选在胶体粒子的分离以及细胞分子生物学中细胞的分离具有重要的应用价值;而反物理直觉的光学牵引力同样引起了广泛关注。非厄密系统中的EP点(exceptional points),最近成为了开发开放物理系统响应的一种新方法。EP点是参数空间的奇点,在该点,系统的本征值和特征向量发生简并。EP点出现相变的特性,产生了很多新奇的现象:例如灵敏度的增强,损耗引起的透明性,单向不可见性,带隙合并,拓扑手性等。..本项目独辟蹊径,将EP点与光学微操控融合在一起。..在第一项研究中,通过利用光学力矩阵的特征值的快速变化和在EPs附近粒子运动的特性,我们提出了一种基于粒子在空气中的轨迹上微小半径或折射率差异的粒子分选方法。我们证明,具有略大于与某些EPs相对应的特定参数的粒子的轨迹与椭圆非常相似。椭圆的长轴增加量可能比粒子半径增加量大几个数量级。此外,即使折射率略有变化,也不仅可以显着改变椭圆的大小,还可以旋转其定位角度。因此,通过观察它们的轨迹中的显著差异,可以区分具有微小差异的粒子。这种方法有望成为微观和纳米尺度粒子精确分离的技术。..目前提出的光学自组装要么处于静态平衡状态,要么处于由推力驱动的动态平衡状态。在这项研究中,我们介绍了一个由平衡增益和损耗组成的一维偶时间对称(PT-对称)多层光学系统,散射矩阵的本征值会在EP点发生相变,由对称相变成破缺相,在破缺相区间,我们实现了展现牵引力的自组装结构。此外,在具有不平衡增益和损耗的一维多层系统中实现了具有拉力和推力的光诱导自组装。这项工作为颗粒的自组装提供了额外的自由度。
基于光学牵引力的与入射角度和偏振无关的光学自 组装的理论与应用研究
  • 批准号:
    2024JJ5009
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    崔立勇
  • 依托单位:
基于例外点的光学牵引力以及基于光学牵引力的光学束缚的理论研究
  • 批准号:
    2021JJ40554
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    崔立勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金