光鑷技術(shù)概論

光鑷技術(shù)概述姓名：劉志輝 學(xué)號：SC11009018 系所：009系A(chǔ).Ashkin[1]在1969用實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上于1986基于散射力和輻射壓梯度力相互作用而形成的能夠網(wǎng)羅住整個(gè)米氏和瑞利散射范圍粒子的勢阱。一、光鑷技術(shù)的基本原理光可以看作是光子流，每個(gè)光子都具有動量P[2]：PEhC ED)和光波長)類：幾何光學(xué)機(jī)制D時(shí))、雷利機(jī)制D時(shí))和中間機(jī)制(介于前兩者之間的情況)。1a在粒子小球的作用下而偏離原來的運(yùn)動方向，粒FabFbFaFb圖1單光束梯度力光阱的幾何光學(xué)原理Fscat

n Pm

/c (1)這里Pscat

為被散射的光功率。或用光強(qiáng)I0

和有效折射率mnp

/n 表示為mF I0

5r6(m2

)2n

(2)scat

c

m22 m對于極化率為的球形瑞利粒子所受的指向焦點(diǎn)的梯度力為F

E

n3r

(m2

)2E2 (3)scat

2 2 m22比大于1，即兩者的合力指向焦點(diǎn)，即有FR grad

3 3 n2(m22) m

1 (4)Fscat

m21 r320若粒子小球在橫向(垂直于光軸方向)偏離中心位置，也會受到一個(gè)指向光束中心的作用力使小球鎖在焦點(diǎn)處。該力與光阱效率、光功率成正比，即有FQnm

P/c (5)QPc為真空中光速。在介質(zhì)和激光功率粒子小球偏離焦點(diǎn)位移的關(guān)系曲線如圖2所示。圖2光阱效率與小球位移的關(guān)系曲線(焦點(diǎn))的位移不超過小球半徑rFkx （6）其中，x為小球的位移；k為光阱的剛度。二、光鑷系統(tǒng)的構(gòu)成測部分和傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡組成3所示。三、光鑷的特性

圖3光鑷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖加工。光鑷具有如下重要特性：光鑷的捕獲和操控范圍是數(shù)十nm到數(shù)十um大小的微粒。而大多生物微生物微粒操控和研究的特有手段。選擇粒子吸收小的光波長(600～l000nm)即可避免光吸收對生物粒子所造成的損傷。光鑷的所有機(jī)械部件離捕獲對象的距離都遠(yuǎn)大于捕獲對象的尺度(1000倍)，是“遙控”操作，因而幾乎不干擾生物粒子周圍環(huán)境和它的正常生命活動。利用光的穿透性，可以無損傷地穿過封閉系統(tǒng)的透明表層(如細(xì)胞膜)操控內(nèi)部微粒(細(xì)胞器)真正的無菌操作。這是常規(guī)生物儀器所不具備的。相互作用力。因此，光鑷不但可以做為微機(jī)械手又可用于生物粒子間pN分子行為的研究具有特別重要的意義。四、光鑷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1、飛秒光鑷技術(shù)并可以高精度地控制作用能量[4]2001年提出了飛秒激光光束光纖光阱；（4）沖擊波光阱。不同的光鑷有著不同的特點(diǎn)，可以應(yīng)用在不同的場合。隨著研究的不斷深入，飛秒光鑷技術(shù)的操縱已從微納米粒子發(fā)展到生物細(xì)學(xué)研究領(lǐng)域，具有極大的潛在應(yīng)用前景。2、納米光鑷技術(shù)納米光鑷技術(shù)主要是基于以下標(biāo)志性的特點(diǎn)而定義[6]的：(1)操控對象的尺度延伸到了納米量級。光鑷可以直接操控小到數(shù)十納米大就相當(dāng)于操控了生物分子。（2)光鑷阱位或微粒的操控定位達(dá)到納米精度。作為一種對單個(gè)生物分子的的尺度相當(dāng)。位移測量達(dá)到納米精度。無論是生物分子的識別還是生物分子的運(yùn)動(或位移)都必然牽涉到納米量級精度的位置和位移的測定。在納米光鑷技術(shù)中測量成像光學(xué)方法分辨率受波長限制，但剛性小球的定位精度可以達(dá)到納米量級可進(jìn)行飛牛(fN)到皮牛(pN)量級微小相互作用力的實(shí)時(shí)測量；光路系統(tǒng)；(2)納米精度操控系統(tǒng)；(3)納米精度位移與微小力測量系統(tǒng)。3、近場光鑷技術(shù)場場強(qiáng)梯度的平方成正比[7]。近場光鑷中強(qiáng)度劇烈衰減的隱失場局域在發(fā)生全反射的界面和納米孔徑周因而具有獨(dú)特的優(yōu)勢：1)遠(yuǎn)場光鑷中的背景光不利于觀察單分子的運(yùn)動狀態(tài)，而近場光鑷的作用局域范圍非常小，可以減弱甚至消除這種影響；的穩(wěn)定性；有利于納米光學(xué)器件向小型化和集成化的方向發(fā)展。4、全息光鑷技術(shù)耳型光路和傅里葉型光路。五、光鑷技術(shù)的應(yīng)用與前景展望1、光鑷技術(shù)的應(yīng)用目前，光鑷技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面1）伸等操作，研究其力學(xué)特性；2）對生物大分子進(jìn)行精細(xì)操作；分子水平上的特異性識別和生命過程的調(diào)控；納米生物器件的組裝。2、光鑷技術(shù)的前景展望滿意的技術(shù)手段供人們研究生命的結(jié)構(gòu)和功能的基本單元-細(xì)胞。而光鑷的出現(xiàn)pN量級的作用力等術(shù)等領(lǐng)域的研究交叉和發(fā)展。參考文獻(xiàn)：[1]AAshkin,JMDziedic,JEBjorkholm,eta1.Observationofasingle-beamgradientforceopticaltrapfordielectricparticlesl[J],Opt.Lett.,l986,11(5):288~290.[J],,第卷,2期,2006林強(qiáng).[M],,2010,376~380,.[J],光,第34卷,第4,[5].[D]