微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩研究.pdf

1、電磁力問題是電動(dòng)力學(xué)重要的基本問題，其中靜態(tài)場(chǎng)和準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)的電磁力問題在第二次工業(yè)革命時(shí)期就已經(jīng)由科學(xué)家們做出了完善的研究，其成果早成為了電機(jī)、電器和電磁測(cè)量等等學(xué)科的理論基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前的信息社會(huì)對(duì)微波與光波的電磁力問題也提出了更新的研究需求。本文在兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.50577029,50777023)的資助下對(duì)微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　微波與光波的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩問題沒有成熟的模型可以使用

2、，相關(guān)的理論研究成果極少報(bào)導(dǎo)，本文對(duì)微波與光波中媒質(zhì)的受力進(jìn)行了系統(tǒng)分類，并對(duì)幾類基本的媒質(zhì)受力問題給出了分析計(jì)算結(jié)果，得到了一般性的結(jié)論。本文還提出等效源受力的概念，所有電磁受力問題都能統(tǒng)一到等效源受力的框架下來分析。為了獲得持續(xù)有效的電磁力，提出了兩類電磁受力時(shí)間平均值不為零的模型，即自由源受力模型和束縛源受力模型。提出了電荷波和電流波的概念，推導(dǎo)了自由電荷波和電流波受到切向電磁力不為零的條件。構(gòu)造了一種利用PN結(jié)陣列獲得非零切向電

3、磁力的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了這種新結(jié)構(gòu)受到最大切向電磁力的同步條件。計(jì)算了凋落波作用下導(dǎo)電媒質(zhì)的電磁力，發(fā)現(xiàn)了凋落波增強(qiáng)導(dǎo)電媒質(zhì)電磁力的效應(yīng)。
　　針對(duì)光波中媒質(zhì)受到電磁力非常小的問題，本文利用束縛源模型，提出了用一維缺陷光子晶體中的電磁局域原理提高電磁力的方案。分析計(jì)算表明，在平面電磁波的照射下缺陷層的法向電磁力在理論上可為無窮大，同時(shí)切向力也得到提高，并且只有電磁波斜入射，媒質(zhì)有損耗，切向電磁力才會(huì)存在。
　　光致旋轉(zhuǎn)是當(dāng)代光

4、領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，光攜帶的角動(dòng)量被利用來推動(dòng)物體轉(zhuǎn)動(dòng)，但是轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通常很小，只可操控微小物體。這方面的研究也比較多，然而，獲得大電磁轉(zhuǎn)矩的報(bào)道卻很少。本文在缺陷一維光子晶體中引入了各向異性媒質(zhì)層，使用Berreman4矩陣法計(jì)算了缺陷各向異性光子晶體中場(chǎng)的特性，發(fā)現(xiàn)缺陷光子晶體中的各向異性層，除了受到法向電磁力之外，還受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)動(dòng)引起的位置變化而變化，缺陷模頻率下，電磁轉(zhuǎn)矩得到提高；與這層各向異性介質(zhì)單獨(dú)在同樣光