基于Lumerical FDTD和MATLAB的矢量圆艾里光束设计 原创

关键词：MATLAB，FDTD，圆艾里光束，光束设计，光学力

圆艾里光束是一种具有独特物理特性的矢量光束，具备非衍射、自加速及相位自愈等显著优势，在微纳颗粒操控、生物医学检测、光镊技术及微纳器件制备领域应用潜力突出。本设计运用 MATLAB对光场设计，FDTD光场建模获得光场平面，并添加微纳颗粒，在不同传播平面测量颗粒光学力分布以及光势阱。此项设计通过MATLAB算法与FDTD 电磁仿真结合，形成从光束设计到光学力特性分析的完整技术链，在光与物质相互作用的基础研究及工程应用具有中应用潜力。

一、MATLAB光東设计

首先对光束进行光学设计，形成椭圆型艾里光相位，并将数据存储，用于后续fdtd软件调用。

二、FDTD建模

1.形成合适的圆艾里光束后，运行脚本“1 圆艾里光场参数设计”，进行光场参数的后续设计，如偏振态、颗粒尺寸等。

2.接着运行脚本“2 圆艾里光场”，以建立仿真环境。会随第一步的参数进行深入设置。运行后会直接开始仿真。

3.形成的结构会记录三维光场信息，便于后续光学力仿真。

4.接着运行“3 颗粒光学力仿真”，这会在第一步设置好的参数基础上，在特定高度，特定范围放置颗粒，并利用独特优化过的脚本处理方式，进行快速光学力计算。

5.运行“4 光学力处理与绘图”，计算特定平面的场强、相位以及光学力、势阱分布

6.最后，计算添加颗粒后的场强分布，运行脚本“5 添加颗粒后场强分布”

三、总结

本设计基于MATLAB、FDTD脚本完成了对矢量圆艾里光束设计、仿真、光学力计算的全流程编码、建模，得到的光场雨预期符合，光学力分析与光场情况抑制，实现了较为完善的模拟研究。

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