; e9 c2 y: g7 e7 @/ @光鑷技術由來已久，阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin ）在1986年就發明了第一代光鑷。經過30多年的發展，光鑷技術已經越來越成熟，并應用在生物學、物理學、醫學等領域。這里我們將盡量通俗地介紹光鑷的原理。 光鑷，簡單來講，就是用激光來俘獲、操縱、控制微小粒子的技術。這微小粒子可以是小水珠，活細胞，生物大分子等。當激光打到小粒子的時候，粒子就被光“吸住”了，并且會被吸到光強最強的地方，也就是焦點處，移動光束，就可以移動粒子。 那么，粒子為什么會被吸到光強最強的地方并被束縛住呢？ 光與物質是可以相互左右的。一柱水噴我們身上，或者一陣風迎面吹來，我們都能感覺到些許壓力，具有波粒二象性的光自然也一樣會對我們產生壓力，只不過這個力很小很小而已，這就是光壓。而在某些情況下，光還能對物體產生拉力，這樣就形成了能束縛粒子的一個“陷阱”，通常被稱為勢阱。那么勢阱又是如何產生的呢？我們需要先來復習一些中學的物理知識---動量守恒定律。 如圖，有兩個小球，銅球有一個初速度，動量為p1，鋼球則是靜止的，動量為p2=0。把這兩個小球看作一個系統，那么這個系統的初始動量就是p=p1+p2。 銅球撞上鋼球后，它們各自的速度都發生了變化，動量也變了。但是系統的動量是不變的，還是等于p，這就是動量守恒定律。 我們回來看光束和透明小球組成的系統，如圖，光束有一個動量，而小球則是靜止的，動量為0，而光束的動量是水平的，系統在豎直方向上的動量為0. 當光束照射到小球但不通過中心的時候，小球會使光線折射，如圖。 這時光束在豎直方向上有了一個向下的動量。為了使系統的動量守恒，小球必須有一個向上的動量，這個動量就把小球“吸”向光速的軸線。 如果小球在光束的軸線上但在焦點之外，那小球就會使光束匯聚，如圖。 匯聚的光束會使它的動量比原來的大，此時需要小球有一個反向的動量，這樣才能使系統的動量守恒，這個反向的動量就把小球拉回焦點。 如果小球在光束的焦點以內，則會使光束擴散，如圖。 擴散的光束動量會比原來小，為了使系統動量守恒，小球需要有一個同向的動量，這個動量就把小球推向焦點。 就這樣，只要小球偏離了焦點，都會有一個動量使它回來，就像一個陷阱一樣，把小球束縛住。我們移動光束，也就可以控制小球了，就像一個鑷子。這就是光鑷的基本原理。如果還不太明白，可以看視頻。 : I. I$ K' @6 k* s4 J
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發表于 2018-10-12 11:50:54
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