一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法，方法包括如下步骤：确定光的电场控制方程和边界条件，构建基于电磁场有限元的光捕获力仿真区域环境；将目标物体放置在设定位置，并采用四面体单元对光捕获力的求解区域进行剖分；将电场的控制方程转化为泛函方程，同时确定入射光的加源区域；采用Whitney基函数实现单元插值构造有限元矩阵方程组，并求解有限元矩阵方程组获得整个所述求解区域上的电场分布情况；提取电场分布中任意包围目标物体的闭合曲面，并在该曲面上对麦克斯韦应力张量做高斯面积分，求解获得入射光对目标物体产生的光捕获力大小；本发明专利技术的方法适用范围广，得到对物体的光捕获力精确度高。

A Simulation Method of Light Capturing Force Based on Finite Element Method of Electromagnetic Field

The invention discloses a simulation method of light capture force based on electromagnetic field finite element method, which includes the following steps: determining the electric field control equation and boundary conditions of light, constructing the simulation area environment of light capture force based on electromagnetic field finite element method, placing the target object in a set position, and adopting tetrahedron unit to capture light force. The control equation of electric field is transformed into functional equation, and the source region of incident light is determined at the same time. The finite element matrix equations are constructed by interpolation of Whitney basis function, and the distribution of electric field in the whole solution region is obtained by solving the finite element matrix equations. A closed surface surrounded arbitrarily by a target object is obtained, and the Maxwell stress tensor is divided into Gaussian areas on the surface to obtain the light capture force generated by incident light on the target object. The method of the present invention has wide application range and high accuracy of light capture force on the object.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法
本专利技术涉及光捕获力仿真
，尤其涉及一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法。
技术介绍
20世纪60年代，高强度激光的出现使得对微弱光辐射压的实际应用成为可能。贝尔实验室的ArthurAshkin在1969年首次利用激光成功地实现了微米级别聚苯乙烯小球的移动后，经过不断完善，在20世纪末，基本实现了利用单束高数值孔径激光对三维光学阱的构建(AshkinA.Opticaltrappingandmanipulationofneutralparticlesusinglasers:areprintvolumewithcommentaries[M].2006.)。这一基础后发展为光镊技术，并因其非接触无损伤性迅速替代了传统机械镊子，用于操控活体细胞和纳米粒子等领域。由于光具有电磁波的特性，通过引入电磁场有限元仿真方法可以对入射光产生的捕获力进行精确仿真。有限元法(FiniteElementMethod,FEM)是一种基于最小位能原理及分片插值离散形式的微分方程数值解法，由于微分方程揭示了场的局域相关性，因此生成的是高度稀疏的矩阵，可以高效地进行储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定光的电场控制方程和边界条件，构建基于电磁场有限元的光捕获力仿真区域环境；将目标物体放置在设定位置，并采用四面体单元对光捕获力的仿真区域进行剖分；将电场的控制方程转化为泛函方程，同时确定入射光的加源区域；采用Whitney基函数实现单元插值构造有限元矩阵方程组，并求解有限元矩阵方程组获得整个所述求解区域上的电场分布情况；提取电场分布中任意包围目标物体的闭合曲面，并在该曲面上对麦克斯韦应力张量做高斯面积分，求解获得入射光对目标物体产生的光捕获力大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定光的电场控制方程和边界条件，构建基于电磁场有限元的光捕获力仿真区域环境；将目标物体放置在设定位置，并采用四面体单元对光捕获力的仿真区域进行剖分；将电场的控制方程转化为泛函方程，同时确定入射光的加源区域；采用Whitney基函数实现单元插值构造有限元矩阵方程组，并求解有限元矩阵方程组获得整个所述求解区域上的电场分布情况；提取电场分布中任意包围目标物体的闭合曲面，并在该曲面上对麦克斯韦应力张量做高斯面积分，求解获得入射光对目标物体产生的光捕获力大小。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁场有限元的光捕获力仿真方法，其特征在于，所述入射光采用五阶近似高斯光束；所述高斯光束作用于有限元矩阵方程组的右端向量部分，对实际应用中的非傍轴激光进行近似。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：宛汀，唐奔流，李孟喆，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32