Optical radiation force expression for a cylinder exhibiting rotary polarization in plane quasi-standing, standing, or progressive waves

物理 极化(电化学) 电磁辐射 驻波 散射 光学 圆柱 平面波 辐射 电介质 波长 机械 几何学 数学 光电子学 物理化学 化学
作者
F.G. Mitri
出处
期刊:Journal of the Optical Society of America [Optica Publishing Group]
卷期号:36 (5): 768-768 被引量:28
标识
DOI:10.1364/josaa.36.000768
摘要

A generalized analytical expression for the radiation force of plane quasi-standing, standing, or progressive electromagnetic (EM) waves is derived for a circular cylinder exhibiting rotary polarization in a TM-polarized incident field. Such a material, allowing rotary polarization, produces cross-polarized waves in the scattered field, which contribute to the radiation force experienced by the cylindrical object as shown here. As an example of a material exhibiting rotary polarization, a perfect electromagnetic conductor (PEMC) nonabsorptive cylinder is chosen to illustrate the analysis. In contrast with perfect electrical conductors (PECs), perfect magnetic conductors (PMCs), or conventional dielectric materials, the radiation force on a PEMC cylinder shows a direct dependency on the expansion coefficients of the cross-polarized waves, which do not exist for PECs, PMCs, or standard dielectrics. Extra new terms contribute to the generalized radiation force series expansions for plane quasi-standing, standing, or progressive waves. Numerical predictions demonstrate the possibility of trapping a circular-shaped cylinder material with rotary polarization in-plane quasi-standing or standing waves. Furthermore, the scattering, extinction, and absorption energy efficiencies for the nonabsorptive PEMC cylinder are computed, which validate the radiation force results from the standpoint of the law of energy conservation applied to EM scattering. The exact analytical radiation force expression for a PEMC cylinder of any arbitrary radius α (i.e., much smaller, comparable, or much larger than the wavelength of the illuminating incident field) in quasi-standing, standing, or progressive waves is also applicable to chiral, plasma, topological insulator, liquid crystal tubular phantom, or any other material exhibiting rotary polarization.

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