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  • 光镊是什么?作用原理又是什么?

    作者:17级 李沐原 来源:长春理工光学测量 时间:2018-10-31 21:14 阅读:2897 [投稿]
    光镊就是采用以芯片为基础的光子共振捕获技术的光阱,又被称为单光束梯度力光阱。

    二、光镊技术中相关的理论

    (1)单光束梯度力光阱

    单光束梯度力阱理论是光镊理论的基础。如图,一个透明介质小球处于一个高斯分布的非均匀会聚光场中,小球的折射率大于周围介质的折射率。当会聚激光束照射到微粒上时,激光发生折射和反射,也包括一部分吸收。与此同时,光束经过微粒会发生多次折射,有些会聚光线折射后传播方向更趋向于光轴(即光束传播方向),从而增大了轴向动量,因而给与微粒与光传播方向相反的作用力,表现为拉力,由于此拉力的作用,导致粒子在轴向可以稳定在激光焦点附近。而微粒在横向的偏离,由于光场的非均匀性,也会受到指向激光焦点的回复力,即横向梯度力。在梯度力和散射力的共同作用下,微粒被稳定束缚在激光焦点附近。这就是单光束梯度力光阱。


    单光束梯度力光阱

    (2)RO模型

    研究微粒在光阱中受到的光阱力的理论模型最常见的有几何光学(RO)近似模型。RO 模型理论适用于几何尺寸大于波长的微粒, 计算较简单, 作为一种近似方法其计算结果对实验具有参考价值。结合高斯光束标量理论,计算强聚焦光束对微粒的俘获力。它的优点是不考虑光的波动性, 研究光阱里微球在横向、 轴向和任意位移后的受力,入射光在空间不同方位的追迹方式等。RO 模型理论便于分析微粒三维空间受到的应力,进而可以分析不规则微粒(如椭球)受到光阱的应力及其动力学特性。

    (3)新型光场的研究与光镊

    新型光场包括涡旋光束、 非衍射和自修复光束、 自加速光束以及矢量光束等。光镊一个特别重要的发展趋势是结合各种新型光场来实现特殊或复杂的操控功能。新型光镊光场的研究得益于复杂光场调制技术的快速发展, 如空间光调制技术。新型光场光镊不仅能够实现对不同材质、 不同大小的微粒多自由度操控, 而且可以通过计算机控制, 方便地实现实时智能的操控, 大大拓展了光镊的应用范围。

    三、光镊技术的应用

    光镊在生物学以及细胞中的应用

    光镊对微粒的操控是非接触的遥控方式,不会给对象造成机械损伤。这使得光镊在生物学研究特别是单细胞单分子研究领域应用非常合适。

    首先,光镊捕获微粒的尺度在几十纳米到几十微米,正好是生物细胞、细胞器以及生物大分子的尺度范围。

    其次,光镊的温和操控不会损失细胞。虽然激光会产生热,但可以通过选择合适的波长,避开细胞对光的吸收波长,将热效应降到最低。

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