1、研究基于電磁波的微粒捕獲和操控，對人類探尋電磁波與物質(zhì)相互作用規(guī)律，拓展電磁波在粒子物理、膠體物理、生命科學、材料科學、芯片實驗室等領(lǐng)域中的應用，具有非常重要的科學研究價值和意義。同時，也會對物理、化學、生物等基礎(chǔ)學科之間的相互交叉發(fā)展帶來重要影響。
　　為探索利用光頻段以下的電磁波捕獲和操控微粒，本文基于平面天線陣列和TR技術(shù)，提出了多種高強度聚焦場產(chǎn)生方法，包括單點、多點以及中空環(huán)形等，研究了不同聚焦場對瑞利微粒的力學特性，數(shù)

2、值證實了光頻段以下的高強度聚焦場對瑞利微粒具備一定的捕獲與操控能力。全文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，提出一種單點高強度時間反演聚焦場的產(chǎn)生方法和系統(tǒng)裝置，研究了平面時間反演鏡（Planar Time Reversal Mirror，P-TRM）的布置方式和聚焦位置對單點高強度聚焦場的影響，并基于該聚焦場，提出了一種單微粒捕獲和操控的電磁鑷。研究發(fā)現(xiàn)，采用雙層P-TRM更有利于產(chǎn)生高強度聚焦場，特別是以極化方向相同的方式布置的雙層

3、P-TRM能夠產(chǎn)生更高電磁強度的單點聚焦場，并且產(chǎn)生的單點高強度聚焦場不會因聚焦位置的改變而變化。同時，進一步研究了單點高強度聚焦場的力學特性及其影響因素，發(fā)現(xiàn)對于瑞利微粒，微粒半徑越大，在單點高強度聚焦場中所受到的梯度力越大；對于高折射率瑞利微粒，微粒與環(huán)境媒質(zhì)的相對折射率越大，在單點高強度聚焦場中所受到的梯度力越大，但是，對于低折射率瑞利微粒，單點高強度聚焦場則無法捕獲；如果提高P-TRM的輸入功率，可增強單點高強度聚焦場對瑞利微粒

4、的梯度力。通過數(shù)值仿真，理論證明了單點高強度聚焦場對高折射率瑞利微粒的捕獲和操控能力。
　　其次，在單點高強度聚焦場研究的基礎(chǔ)上，基于反相電場相消原理，提出了一種新型的高強度聚焦場產(chǎn)生方法。該方法能夠產(chǎn)生小間距多點高強度聚焦場，可同時操控和捕獲多個微粒，大幅度地提升了高強度聚焦場對多個微粒的操縱和捕獲能力。通過全波數(shù)值仿真，研究了有三個聚焦點的高強度聚焦場的產(chǎn)生，分析了聚焦場對三個a=1mm聚苯乙烯微粒的作用力大小，理論證明了多點

5、高強度聚焦場具備同時捕獲與操控多個高折射率瑞利微粒的能力。
　　最后，基于兩組正交的雙高強度聚焦場疊加，提出了一種產(chǎn)生中空環(huán)形高強度聚焦場的方法。并且，研究了預期聚焦位置點間距對中空環(huán)形高強度聚焦場的影響，分析了中空環(huán)形高強度聚焦場對低折射率瑞利微粒的力學作用效果。研究發(fā)現(xiàn)，電磁波頻率為4.3GHz時，產(chǎn)生中空環(huán)形高強度聚焦場的預期聚焦位置點間距D的取值范圍為：43.75mm?D?87.5mm，在此空間距離范圍內(nèi)，中空環(huán)形高強度聚