基于DDA模型计算介电小粒子的电磁力任务书

 2021-11-20 23:00:19

1. 毕业设计（论文）主要内容：

电磁场与介质粒子的相互作用力催生了光镊技术，它被广泛的应用在生物学、医学、物理学等领域，主要用来操控和研究微小粒子的性质。光力的计算和测量是研究光镊技术的最重要环节。但是对于形状不规则粒子或者中间尺度（尺寸介于米氏粒子和瑞利粒子之间）的粒子，目前都没有合适的理论模型来计算它的受力，通常只能借助数值计算的方法，比如T矩阵，时域有限差分，离散偶极子近似（简称DDA）等。DDA方法指的是将散射体离散成若干个很小的粒子，若粒子的尺寸比波长小得多，则视其为偶极子，因此每个偶极子的散射场之和就是总散射场。求出了总散射场，最后借助Maxwell应力张量就可计算出物体的受力。

论文的主要工作是首先基于离散偶极子模型以及偶极子的辐射场公式来计算小粒子的散射场，然后采用Maxwell应力张量计算受力。主要内容包括：1.离散偶极子模型的概念、发展概况；2. 深入学习离散偶极子法，推导粒子散射场的计算公式以及电磁力的计算公式；3.基于MATLAB编程，计算球形小粒子的散射场，电磁力，讨论离散偶极子法中偶极子数量对结果收敛性的影响，并分析粒子受力的性质。

2. 毕业设计（论文）主要任务及要求

  1. 查阅不少于15篇文献资料，其中近5年的英文文献不少于3篇，完成开题报告。

  2. 学习离散偶极子法，推导散射场的计算公式；

  3. 利用Maxwell应力张量推导电磁力计算公式；

  4. 基于MATLAB编写相关程序，计算球形小粒子的散射场和电磁力，讨论偶极子数量对结果收敛性的影响，分析粒子的受力性质；

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    3. 毕业设计（论文）完成任务的计划与安排

    第1~3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需背景知识（离散偶极子模型的概念、发展概况，Maxwell应力张量），完成开题报告。

    第4~12周：完成任务书中的各项任务；

    第13~15周：完成并修改毕业论文

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    4. 主要参考文献

    1. P. C. Chaumet and A. Rahmani, Electromagnetic force and torque on magnetic and negative-index scatterers[J], Optics Express,2009, 17(4):2224-2234

    2. 张永杰 ，孙秦,大型复线性方程组预处理双共轭梯度法[J],计算机工程与应用，2007,43(36):19-20

    3. William H. Press , SaulA. Teukolsky , William T.Vetterling , Brian P. Flannery,Numerical recipes (Third Edition) [M], Cambridge :Cambridge University Press, 2007, Chpter 2.7.6

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