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標(biāo)題: 2018諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)----光鑷原理淺談 [打印本頁(yè)]
作者: 哈里魯亞 時(shí)間: 2018-10-12 11:50
標(biāo)題: 2018諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)----光鑷原理淺談
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光鑷技術(shù)由來(lái)已久，阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin ）在1986年就發(fā)明了第一代光鑷。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，光鑷技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，并應(yīng)用在生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。這里我們將盡量通俗地介紹光鑷的原理。
光鑷，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是用激光來(lái)俘獲、操縱、控制微小粒子的技術(shù)。這微小粒子可以是小水珠，活細(xì)胞，生物大分子等。當(dāng)激光打到小粒子的時(shí)候，粒子就被光“吸住”了，并且會(huì)被吸到光強(qiáng)最強(qiáng)的地方，也就是焦點(diǎn)處，移動(dòng)光束，就可以移動(dòng)粒子。
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那么，粒子為什么會(huì)被吸到光強(qiáng)最強(qiáng)的地方并被束縛住呢？
光與物質(zhì)是可以相互左右的。一柱水噴我們身上，或者一陣風(fēng)迎面吹來(lái)，我們都能感覺(jué)到些許壓力，具有波粒二象性的光自然也一樣會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生壓力，只不過(guò)這個(gè)力很小很小而已，這就是光壓。而在某些情況下，光還能對(duì)物體產(chǎn)生拉力，這樣就形成了能束縛粒子的一個(gè)“陷阱”，通常被稱(chēng)為勢(shì)阱。那么勢(shì)阱又是如何產(chǎn)生的呢？我們需要先來(lái)復(fù)習(xí)一些中學(xué)的物理知識(shí)---動(dòng)量守恒定律。
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如圖，有兩個(gè)小球，銅球有一個(gè)初速度，動(dòng)量為p1，鋼球則是靜止的，動(dòng)量為p2=0。把這兩個(gè)小球看作一個(gè)系統(tǒng)，那么這個(gè)系統(tǒng)的初始動(dòng)量就是p=p1+p2。
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銅球撞上鋼球后，它們各自的速度都發(fā)生了變化，動(dòng)量也變了。但是系統(tǒng)的動(dòng)量是不變的，還是等于p，這就是動(dòng)量守恒定律。
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我們回來(lái)看光束和透明小球組成的系統(tǒng)，如圖，光束有一個(gè)動(dòng)量，而小球則是靜止的，動(dòng)量為0，而光束的動(dòng)量是水平的，系統(tǒng)在豎直方向上的動(dòng)量為0.
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當(dāng)光束照射到小球但不通過(guò)中心的時(shí)候，小球會(huì)使光線折射，如圖。
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這時(shí)光束在豎直方向上有了一個(gè)向下的動(dòng)量。為了使系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，小球必須有一個(gè)向上的動(dòng)量，這個(gè)動(dòng)量就把小球“吸”向光速的軸線。
如果小球在光束的軸線上但在焦點(diǎn)之外，那小球就會(huì)使光束匯聚，如圖。
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匯聚的光束會(huì)使它的動(dòng)量比原來(lái)的大，此時(shí)需要小球有一個(gè)反向的動(dòng)量，這樣才能使系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，這個(gè)反向的動(dòng)量就把小球拉回焦點(diǎn)。
如果小球在光束的焦點(diǎn)以?xún)?nèi)，則會(huì)使光束擴(kuò)散，如圖。
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擴(kuò)散的光束動(dòng)量會(huì)比原來(lái)小，為了使系統(tǒng)動(dòng)量守恒，小球需要有一個(gè)同向的動(dòng)量，這個(gè)動(dòng)量就把小球推向焦點(diǎn)。
就這樣，只要小球偏離了焦點(diǎn)，都會(huì)有一個(gè)動(dòng)量使它回來(lái)，就像一個(gè)陷阱一樣，把小球束縛住。我們移動(dòng)光束，也就可以控制小球了，就像一個(gè)鑷子。這就是光鑷的基本原理。如果還不太明白，可以看視頻。
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作者: 3983596 時(shí)間: 2018-10-12 12:35
好文
作者: 瑞香 時(shí)間: 2018-10-12 13:55
深動(dòng)形象 長(zhǎng)知識(shí)
作者: 裔然 時(shí)間: 2018-10-12 14:01
這是不是意念取物？
作者: LIUYASHAN 時(shí)間: 2018-10-12 15:17
近視眼矯正就是應(yīng)用今年諾貝兒物理獎(jiǎng)的成果
作者: 狀態(tài)失控 時(shí)間: 2018-10-12 15:35
這么說(shuō)星球大戰(zhàn)里的原力不是扯蛋的呀。
作者: ZenoWu 時(shí)間: 2018-10-12 15:51
長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)了 Z: W3 L) `$ t% j. z
作者: ygyi2009 時(shí)間: 2018-10-14 11:01
長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)了
作者: slzhf001 時(shí)間: 2018-10-15 16:29
長(zhǎng)知識(shí)了，講的很容易被人接受
作者: Miles_chen 時(shí)間: 2018-10-16 09:47
好科普 支持~~~~
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