高低折射率微粒混合物的实时交互式光学微操作Peter John Rodrigo Vincent Ricardo Daria Jesper Glückstad丹麦罗斯基勒 DK-4000 号，Risø 国家实验室光学和等离子讨论系jesper.gluckstad@risoe.dkhttp://www.risoe.dk/ofd/competence/ppo.htm摘要：本文论证一种对于胶体的实时交互式光学微操作的方法，胶体中包含两种折射率的微粒，与悬浮介质（）相比，分别低于（）、高于（）悬浮介质的折射率。球形的高低折射率微粒在横平板上被一批捕获激光束生成的约束光势能捕获，捕获激光束的横剖面可以分为“礼帽形”和“圆环形”两种光强剖面。这种应用方法在光学捕获的空间分布和个体几何学方面提供了广泛的可重构性。我们以实验为基础证实了同时捕获又独立操作悬浮于水（）中不同尺寸的球形碳酸钠微壳（）和聚苯乙烯微珠（）的独特性质。©2025 美国光学学会光学分类与标引体系编码：（140.7010）捕获、（170.4520）光学限制与操作和（230.6120）空间光调制器。1 引言光带有动量和角动量。伴随于光与物质相互作用的动量转移为我们提供了在介观量级捕获和操作微粒的方法。过去数十年中的巨大进展已经导致了在生物和物理领域常规光学捕获的各种应用以及下一代光学微操作体系的出现[1-5]。1970 年，阿斯金(Ashkin)验证悬浮在水中的透明电介质微球朝着高斯光束光强分布最强的光轴被径向牵引[6]。他用相对折射率比 1 大的乳胶微球观察到该现象（，和分别为微粒和悬浮介质的相对折射率）。在朝着较强光强区域的径向牵引下，高折射率微粒由于轴向散射力的作用沿坡印亭矢量的方向加速。另一方面，阿斯金指出，对于水中的气泡（）由于光强梯度的原因，径向力的强度分布是相反的；因此，低折射率的微粒沿光束轴心方向被排斥。阿斯金和他的合作者随后证实了将一束高斯光束牢牢聚焦于一颗高折射率微粒时，轴向力由于光强梯度的原因也产生了，强度足以抵消散射力，从而实现了对微粒的稳定三维约束 [7]。但是，静态的紧聚焦高斯光束并不对低折射率粒子产生约束能力。低折射率微观粒子的光捕获需要具有圆环形光强剖面的光束。一种最直接的方法就是在捕获面上应用支持时分复用的、期望得到光束图的高速可偏转镜。在区域圆轨迹上扫描激光束会生成将低折射率粒子限制在其暗圆心的光环 [8]。低折射率粒子也能被聚焦的 TEM01*模激光束形成的光学漩涡捕获[9]。光学漩涡已经用于在沿激光轴的两个相邻位置同时捕获高低折射率球粒[10]。低折射率微粒也在两束...
