光镊原理浅析.ppt

光镊操控单粒子 微米粒子稳定的空间排布 48个2微米聚苯乙烯小球组合而成 侧面观察，由四个 小球垒成支撑柱 水稻单条染色体分选 首次分选单条染色体 /中科大 国际研究成果举例 DNA分子（2纳米直径）的扭转、打结 /日、美 Nature 生物大分子精细操作 双光镊对肌动蛋白进行打结。 如右图所示 分子操作达到相当高的水平 为细胞内蛋白纤维相互作用等分子力学的研究开辟了新途径。 用于缝合细胞或神经的细微手术。 感谢您的聆听！ * * 例如量子力学中的电子势能图像，电子处在波谷，比较稳定，很难跑出来。同样的，对任何势场，只要存在这种情况，我们都可以称它有势阱。 * 太阳光光压：0.5-1达因/平方米是标准大气压的亿万分之一 （1 达因等于10的负5次方牛顿 ） * 若小球直径远大于光波长, 可以采用几何光学近似L设小球的折射率n1 大于周围媒质的折射率n2。首先考虑一束平行光与小球的相互作用Z如图1所示, 当一束光穿过小球时, 光在进入和离开球表面时产生折射, 图中画出了光束中有代表性的2 条光线a 和bZ 在图示的情形, 入射光沿z 方向传播, 即光的动量是沿z 方向的Z然而, 离开球的光, 传播方向有了改变, 即光的动量有了改变Z由于动量守恒, 这些光传递给小球一个与该动量改变等值, 但方向相反的动量, 与之相应的有力F a 和F b 施加在小球上Z 小球受到的光对它的总作用力就是光束中所有光线作用于小球的力之合力Z 若入射光束截面上光强是均匀的, 则各小光束(光线) 给予小球的力在横向(xy 方向) 将完全抵消Z但有一沿z 方向的推力Z 如图1 (a) 所示。如果小球处在非均匀光场中, 如图1 (b) ,光沿z 方向传播, 光场自左向右增强Z与左边的光线a 相比, 右边较强的光线b 作用于小球, 使小球获得较大的动量, 从而产生较大的力F b。结果总的合力在横向不再平衡, 小球被推向右边光强处Z小球在这样非均匀(即强度分布存在梯度) 的光场中所得到的指向光强较强处的力称之为梯度力(F g ) 。 如果光束轴线处光强大,粒子将被推向光轴, 也即在横向粒子被捕获。 * 入射光线A 将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球,力的作用方向与光线入射方向相同。A 经过若干反射、折射后,以光线A′出射。入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力FA 。图1 ( b) 为作用力简图,实际力的作用过程较此复杂, A′应为所有(包括反射光透射光) 出射光线辐射压的合力, 但结果与此相似,小球受轴向指向焦点的力。 * * * 仅考虑粒子位于轴线上 * 作用在弹性元件上的力或力矩的增量与相应的位移或角位移的增量之比。已有研究表明，光阱力随粒子大小的增大而减小。 * * * * * * * * 头发丝直径70-90um * * * * P o w e r B a r 中国专业PPT设计交流论坛 光镊原理浅析 2011.06.23 光镊原理浅析 光势阱 光辐射压力（光压） 光镊(单光束梯度力光阱)基本原理 光镊系统基本结构 光镊的应用 几何光学机制 Dλ 中间机制 瑞利机制 Dλ 光阱 势阱：粒子在某力场中运动，势能函数曲线在空间的某一有限范围内势能最小，形如陷阱，称为势阱。 光阱周边的粒子以大的加速度坠入阱中被囚禁 光陷阱效应 光辐射压力 光的基本属性——能量和动量 P=E/C 光与物质相互作用伴随着动量的交换, 从而表现为光对物体力的作用力（F=P/t ）。由于光辐射对物体产生的力常常表现为压力，因而通常称之为辐射压力或简称光压。然而，在特定的光场分布下，光对物体也可产生一拉力，即形成束缚粒子的势阱。 光镊的定义 光镊又称单光束粒子阱，是基于散射力和辐射压梯度力相互作用而形成的能够网罗住米氏和瑞利散射范围粒子的势阱。简单来讲，就是用一束高度汇聚的激光形成的三维梯度势阱来俘获、操纵控制微小粒子的技术。 光的作用力 以透明介电体小球作模型来讨论光与物体的相互作用 b0 b1 Fb 梯度力Fg 小球直径远大于光波，采用几何近似 散射力 单光束粒子阱的几何光学原理图 　Diagram show the ray optics of single-beam gradient force trap 对于直径大于波长的米氏散射粒子 光镊的基本原理 米氏散射 光镊的基本原理 瑞利散射 对于直径小于波长的瑞利散射粒子 适用于波动光学理论和电磁模型。波动光学理论(也是光镊的基本理论) 认为,在光轴方向有一对作用力: 与入射光同向正比于光强的散射力Fscat 光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力Fgrad。 光镊的基本原理 瑞利散射 对于直径小于波长的瑞利散射粒子 在折射率为