Orientador: Carlos Lenz Cesar

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física "Gleb Wataghin"

Resumo: Desde 1908, quando Mie apresentou expressões analíticas para os campos espalhados por uma partícula esférica sob incidência de uma onda eletromagnética plana, generalizações para esta expansão têm se mostrado incompletas. Isto se deve à presença de certos termos com dependência radial nos...

Resumo: Desde 1908, quando Mie apresentou expressões analíticas para os campos espalhados por uma partícula esférica sob incidência de uma onda eletromagnética plana, generalizações para esta expansão têm se mostrado incompletas. Isto se deve à presença de certos termos com dependência radial nos coe cientes de forma do feixe quando expandido em termos de funções de onda esféricas vetoriais. Aqui mostramos pela primeira como cancelar estes termos, permitindo expressões analíticas para os coe cientes para um campo eletromagnético completamente arbitrário. Damos tambem vários exemplos deste novo método, que também é muito apropriado para cálculos numéricos. Obtemos deste modo, expressões analíticas para feixes de Bessel e para os modos de guias de onda metálicos retangulares e cilíndricos. Estes resultados são extremamente relevantes para o incremento na velocidade de cálculo das forças de radiação atuando sobre uma partícula esférica, colocada em um campo eletromagnético arbitrário, com por exemplo, em pinças ópticas

Abstract: Since 1908, when Mie reported analytical expressions for the elds scattered by a spherical particle upon incidence of an electromagnetic plane-wave, generalizing his analysis to the case of an arbitrary incident wave has proved elusive. This is due to the presence of certain...

Abstract: Since 1908, when Mie reported analytical expressions for the elds scattered by a spherical particle upon incidence of an electromagnetic plane-wave, generalizing his analysis to the case of an arbitrary incident wave has proved elusive. This is due to the presence of certain radially-dependent terms in the equation for the beam-shape coecients of the expansion of the electromagnetic elds in terms of vector spherical wave functions. Here we show for the rst time how these terms can be canceled out, allowing analytical expressions for the beam shape coecients to be found for a completely arbitrary incident eld. We give several examples of how this new method, which is well suited to numerical calculation, can be used. Analytical expressions are found for Bessel beams and the modes of rectangular and cylindrical metallic waveguides. The results are highly relevant for speeding up calculation of the radiation forces acting on spherical particles placed in an arbitrary electromagnetic eld, such as in optical tweezers