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技术参数 相关产品 详情描述
早在1970年，Ashkin等人就提出可以利用光压操纵微米大小的粒子；1986年，Ashkin仅用一束聚焦的激光的稳定能量阱俘获粒子，并将其命名为单束光梯度力阱（single-beam optical gradient force trap），标志光镊的正式诞生。根据光波长（λ）和粒子尺寸（D）的关系，光镊可分为三种机制：几何光学机制（粒子尺寸远大于波长D>>λ）、瑞利机制（粒子尺寸远小于波长D<<λ），其余情况可认为是中间机制。光波长在几百纳米至千纳米之间，满足瑞利机制的球体直径只有几十纳米，我们只介绍几何光学理论。
可用几何光学描述的情况如图1所示。高斯光束的传播方向沿z轴正向，在垂直与z轴的向量方向上，满足高斯函数。图1展示了一个折射率比水大的微球（n水=1.33），并陈列了典型光线a和b，其中光线a的强度更大。光线a照射到微球表面同时发生折射与反射，折射光线用黑实线箭头表示，反射光线则用虚线箭头表示。光子携带的动量方向与其传播方向一致，根据经典力学，由于折射光与入射光存在动量角度差，产生的偏向力用FiD表示，入射光与反射光共同作用产生的散射力用FiR表示。同理，出射光同样会产生偏向力F0D和散射力F0R。对应的，光线b产生的力与a类似。角标规则：右上角的角标i和o分别表示入射（input）和出射（output）；右下角的D和R分表表示偏向力（deflection pressure）和散射力（radiation pressure）。图1微球收到包含+z和-r方向的合力，运动方向与合力方向一致。分析可知，只有处于光轴的微球不受水平方向的力，其他位置的微球都受到指向光轴的梯度力，最终会移动到光轴中央。我们可以用二维势阱图2来描述这种力场，梯度力只要足以驱使势阱边缘的微球运动，该球最终必然会被势阱捕获。
图1. 光镊几何光学机制原理图

图2. 二维势阱示意图
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