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第38卷第2期激光与红外Vo1．38，No．2

2008年2月LASER＆INFRAREDFebruary，2008

文章编号：1001-5078(2008)02-0109-03·激光技术与应用·

光镊中轴向光阱力的研究

王于刚，徐建波，吴福燕，张敏，窦会庆，李杰

(山东师范大学物理与电子科学学院，山东济南250014)

摘要：基于几何光学原理，对微粒直径远大于激光波长的米氏球状微粒所受的轴向力进行了

计算，根据计算结果讨论了轴向力与激光光束波长、束腰半径、光束功率、微粒半径、折射率等

参数的关系。

关键词：光镊；轴向力；微操纵

中图分类号：0439文献标识码：A

StudyontheAxialForceinOpticalTweezers

WANGYu—gang，XIUJian—bo，WUFu-yan，ZHANGMin，DOUHui-qing，LIJie

(CollegeofPhysicsandElectronics，ShnadongNormalUniversity，Jinan250014，China)

Abstract：TheaxialopticalforceexertedontheMiemicro-sphereparticlesiscalculatedquantitativelybasedonthe

theoryofgeometricaloptics．Accordingtothecalculationresults，hterelationshipbetweenhteaxialforcenadsomepa-

rameters，includinglaserwave—length，beamwaist，laserpower，radiusoftheparticle，refractiveindexnadSOon，are

discussed．

Keywords：opticaltweezers；htexaialofrce；micromanipulation

1引言样一种三维的光学势阱。光镊的发明使人类对微观

由于激光具有极高的能量密度，当激光照射到世界的认识活动从被动的观察转为主动的操纵，光

微小物体上时对微小物体的力将不能被忽略，同时镊技术在生物学、医学、化学、物理学等很多研究领

用激光操纵微小物体具有非机械接触性、无损伤性域发挥着越来越重要的作用。

操作等特点，所以，在激光出现以后，人们利用光压本文利用几何光学原理，对微粒尺寸远大于光

原理来操纵微小物体的研究得到迅速发展¨J。1970波长的米氏球状粒子所受轴向力进行了分析和计

年，美国Bell实验室的Ashkin首先提出，可以利算，并根据计算结果，讨论了当光束束腰半径、光束

用激光光束产生的辐射压力影响可透光的微米尺度波长、功率、微粒半径、折射率中的任一个参量和微

中性微粒的动力学特性；并且在实验上用一束粒到光束束腰中心的距离同时变化时与轴向力的关

TEM。。Gauss光束在垂直于光传播方向上成功束缚系，为实验中参数的选择提供了依据。

了水中的乳胶微粒，奠定了光镊研究的基础。19782基本理论

年，Ashkin再次提出另一种单光束势阱的设想J，