声学涡旋扳手的辐射力矩与拓扑荷相关
摘要：基于对声学涡旋（AV）扳手的波前和波矢的分析，通过计算轨道角动量（OAM）和辐射力矩来研究物体旋转的原理。理论上证明了以AV扳手为中心的轴对称圆盘的旋转主要是由施加的辐射力矩驱动，而没有OAM转移的贡献。小半径物体上的辐射力矩与AV扳手中心的拓扑电荷呈反比关系，并且对于具有更高拓扑电荷的较大AV而言，它显著增强。辐射力矩与拓扑电荷成正比的特殊情况可能在盘的半径远大于波长时实现，此时吸收AV扳手的声功率最大化。通过建立十六点源实验装置，在空气中以1.3 kHz频率测量得到的具有不同拓扑电荷的AV的径向压力分布与模拟结果吻合良好。通过定量激光测量不同半径的圆盘的位移角度，也验证了AV的辐射力矩与拓扑电荷的依赖关系。这些有利结果表明，对于覆盖在AV扳手的涡旋中心的物体，总OAM转移可能为0，物体旋转是由作用力矩贡献的。因此，AV扳手的辐射力矩比OAM更适用于描述物体旋转的驱动能力，并且可以作为临床应用中非侵入性操控具有与波长尺寸相当特征尺寸（如体内肾结石碎石术中的肾结石）的物体的有效工具。
作者：Yuzhi Li, Gepu Guo, Juan Tu, Qingyu Ma, Xiasheng Guo, Dong Zhang, Oleg A. Sapozhnikov and Thomas J. Matula
论文ID：1801.06780
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2018-01-23