光鑷(Optical Tweezers)又稱為光束階梯光阱褐隆,可以理解為一個特殊的光場污它,當這個光場與微小粒子相互作用時,微粒整個受到光
的作用庶弃,從而達到被鉗制的效果衫贬,進而實現了對其捕捉、操作的目的歇攻。
一缴守、光鑷
光鑷(Optical Tweezers)又稱為光束階梯光阱葬毫,可以理解為一個特殊的光場,當這個光場與微小粒子相互作用時斧散,微粒整個受到光
的作用供常,從而達到被鉗制的效果摊聋,進而實現了對其捕捉鸡捐、操作的目的。
二麻裁、激光與粒子的相互作用
激光對微粒存在三種形式的作用力:
(1)由于粒子相對于周圍介質的高折射率產生的梯度力箍镜,使粒子被光最強的區(qū)域捕獲源祈,如微粒在高斯光束的作用下被控制在光束的中心。
(2)偏振光束與微粒相互作用將光束的自旋角動量傳遞給微粒使其旋轉色迂。
(3)攜帶有軌道角動量的渦旋光束與微粒作用時將軌道角動量傳遞給微粒香缺,使其旋轉。
三歇僧、各種渦旋光的應用原理
渦旋光束的軌道角動量可以由光鑷傳遞給粒子图张,使粒子在沒有其他任何懸掛設施的情況下繞著光軸旋轉而形成光學扳手,此時角動量轉
換由被捕獲粒子對激光的吸收來實現诈悍。渦旋光束的環(huán)形光場結構意味著微粱雎郑可以被束縛于光軸附近的零強度的區(qū)域內,若要實現第三維
度即軸向的限制侥钳,在垂直于光軸的位置放置玻璃片即可适袜。
由于自旋角動量也可由光子傳遞給微觀粒子使其旋轉,故可通過控制渦旋光束的偏振態(tài)的方式舷夺,來控制其攜帶的總角動量苦酱,進而控制粒
子的旋轉速度。
貝塞爾-高斯光束作為一種具有無衍射特性的渦旋光束给猾,也可以用在光鑷技術中疫萤。利用零階貝塞爾光束的無衍射和自愈特性,可以實現
多平面同時捕獲和操縱多微粒敢伸,以及對微粒進行篩選和輸運给僵。
矢量渦旋光束在光鑷領域也具有十分廣闊的應用前景。比如详拙,人們對徑向偏振光束用于金屬微粒的光鑷實驗進行了研究帝际,發(fā)現聚焦后的
徑向偏振光束不僅可以產生極強的梯度力,還可以消除散射力和吸收力饶辙,克服光束捕獲金屬微粒時所產生的極強散射力和吸收力使得金
屬微粒難以被捕捉的問題蹲诀,進而穩(wěn)定地實現金屬微粒三維捕獲。此外弃揽,相對于線偏振和圓偏振光束脯爪,使用具有徑向偏振的光束軸向捕獲
電解質微粒效率更高。
四矿微、基于空間光調制器的光鑷技術
隨著全息光學和計算機技術的發(fā)展痕慢,光鑷技術也取得了重大的進步,其中具有代表性的涌矢,即基于液晶空間光調制器的全息光鑷技術掖举。通
過編程控制加載于液晶空間光調制器上的全息光柵,可實現目標光場的調制與微粒的操縱娜庇。全息光鑷不僅可以按照任意特定的圖案同時
捕獲多個微粒塔次,而且可以獨立操縱其中的每一個微粒方篮。
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