科学家开发出定制光学镊子新技术

科学家们开发出了一种用光捕获小颗粒的新方法。在获得诺贝尔奖的光镊技术（Arthur Ashkin，2018 年）基础上，由埃克塞特大学大卫-菲利普斯（David Phillips）博士领导的物理学家团队推进了光学捕获的可能性。

该研究论文发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上，题为“通过波前整形实现光子高效光学镊子”。

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传统光学镊子（左）和定制光学陷阱（右）中的光强度。投影显示的是穿过直径为6微米的粒子中间的横截面。

传统的光学镊子开发于 20 世纪 80 年代，它是一种紧密聚焦的激光束，可以吸引和捕获某些微小颗粒或生物体，就像用镊子夹东西一样。

第一作者Une Butaite博士解释说：“不过，在光学镊子中，颗粒并没有被完全固定。它正经历着周围分子的热运动。这有点像湖中的小船被风浪摇晃，但又被船锚防止漂走，光学镊子中的粒子在不停地晃动，但它的运动被限制在一定的体积内。”

一般来说，这个限制体积越小，光学陷阱就越有用。

为了让光学镊子发挥作用，激光必须紧紧聚焦在一个非常小的区域，这个区域可能比被捕获的粒子小得多。问题就在这里： 如果粒子较大，大部分光线会聚集在其中心附近，但光线与粒子表面的相互作用更为强烈。

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实时优化光学捕获的实验结果

换句话说，较大的粒子无法充分利用可用的光线，从而降低了封闭程度。

Phillips博士解释说：“这正是我们研究的重点所在。我们假设，如果光线不是集中在粒子的中间，而是将其包裹起来，那就会更强烈地束缚粒子，给它一种紧紧的拥抱。”

不过，确定能产生最强束缚的光的确切形状并不简单。

Butaite博士说：“这里没有放之四海而皆准的解决方案。要想获得最佳性能，每个不同的粒子都需要一套定制的光套装”。

在实践中实现这一点意味着必须开发和完善各种数学和数值方法以及严格的实验技术--所有这些都是与Jonathan Taylor博士（苏格兰）领导的格拉斯哥大学研究人员和Stefan Rotter教授（奥地利）领导的维也纳技术大学研究人员合作完成的。

相关链接：https://phys.org/news/2024-07-scientists-technique-bespoke-optical-tweezers.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adi7792