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光镊简介

发布时间:2021-05-27 14:08:56 浏览量:4812 作者:Richard

摘要

光镊(Optical Tweezers)又称为光束阶梯光阱,可以理解为一个特殊的光场,当这个光场与微小粒子相互作用时,微粒整个受到光

的作用,从而达到被钳制的效果,进而实现了对其捕捉、操作的目的。

正文


一、光镊

光镊(Optical Tweezers)又称为光束阶梯光阱,可以理解为一个特殊的光场,当这个光场与微小粒子相互作用时,微粒整个受到光

的作用,从而达到被钳制的效果,进而实现了对其捕捉、操作的目的。


二、激光与粒子的相互作用

激光对微粒存在三种形式的作用力:

(1)由于粒子相对于周围介质的高折射率产生的梯度力,使粒子被光最强的区域捕获,如微粒在高斯光束的作用下被控制在光束的中心。

(2)偏振光束与微粒相互作用将光束的自旋角动量传递给微粒使其旋转。

(3)携带有轨道角动量的涡旋光束与微粒作用时将轨道角动量传递给微粒,使其旋转。


三、各种涡旋光的应用原理

涡旋光束的轨道角动量可以由光镊传递给粒子,使粒子在没有其他任何悬挂设施的情况下绕着光轴旋转而形成光学扳手,此时角动量转

换由被捕获粒子对激光的吸收来实现。涡旋光束的环形光场结构意味着微粒可以被束缚于光轴附近的零强度的区域内,若要实现第三维

度即轴向的限制,在垂直于光轴的位置放置玻璃片即可。


由于自旋角动量也可由光子传递给微观粒子使其旋转,故可通过控制涡旋光束的偏振态的方式,来控制其携带的总角动量,进而控制粒

子的旋转速度。


贝塞尔-高斯光束作为一种具有无衍射特性的涡旋光束,也可以用在光镊技术中。利用零阶贝塞尔光束的无衍射和自愈特性,可以实现

多平面同时捕获和操纵多微粒,以及对微粒进行筛选和输运。


矢量涡旋光束在光镊领域也具有十分广阔的应用前。比如,人们对径向偏振光束用于金属微粒的光镊实验进行了研究,发现聚焦后的

径向偏振光束不仅可以产生极强的梯度力,还可以消除散射力和吸收力,克服光束捕获金属微粒时所产生的极强散射力和吸收力使得金

属微粒难以被捕捉的问题,进而稳定地实现金属微粒三维捕获。此外,相对于线偏振和圆偏振光束,使用具有径向偏振的光束轴向捕获

电解质微粒效率更高。


四、基于空间光调制的光镊技术

随着全息光学和计算机技术的发展,光镊技术也取得了重大的进步,其中具有代表性的,即基于液晶空间光调制器的全息光镊技术。通

过编程控制加载于液晶空间光调制器上的全息光栅,可实现目标光场的调制与微粒的操纵。全息光镊不仅可以按照任意特定的图案同时

捕获多个微粒,而且可以独立操纵其中的每一个微粒。


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