一种显著提升光镊范围和稳定性的新方法

图片来源：托木斯克理工大学

光学镊子是一种利用激光移动像活细胞、蛋白质和分子等微米级物体的装置。2018年，美国物理学家Arthur Eshkin凭借这项技术获得了诺贝尔奖。在此之前，由于任何试图抓取这种量级的物体都会造成破坏，移动它们是完全不可能的。光学镊子不会对这些物体的内部结构造成破坏。

“光学镊子是光阱的一种媒介名称。他们操作的基本原理如下：透镜将激光束聚焦，根据物理定律，聚焦场中的粒子开始朝着最大强度移动。因此，这样可以捕捉并移动粒子。以前，我们想用电解质材料（例如石英）制成的微粒来代替透镜，用来提高以反射方式工作的光学阱聚焦区域的光学场的定位程度。” 电子工程TPU部门的教授、项目经理伊戈尔·米宁说。

与这样的粒子相互作用，光以光子射流的形式聚焦在与辐射入射相反的方向上。基于这种特性，光子射流充当了陷阱或镊子。

“要形成一个经典的光子射流，必须有一个必要条件，例如粒子与介质的折射率之比必须小于2。如果高了，射流就无法形成。以前，人们认为在增加折射率的同时形成光子射流是不可能的。我们与大气光学研究所的一个团队合作，从理论上证明了这是可能的。” 伊戈尔·米宁说。

为此，联合研究小组以反射模式形成了射流。

“有两种模式：折射和反射。在前一种情况下，当光穿过电介质粒子时会形成射流。在后一种情况下，我们放置了一个平面反射镜在粒子后面，焦点移动到反射镜上。结果，当光线通过镜子上的粒子聚焦时，我们将进行双重聚焦，然后将其反射回形成光子射流的同一粒子。利用这种模式，我们在粒子与介质的折射率之比高于2的情况下成功形成了射流。这有时会增加捕获区域。”科学家强调。

   目前，研究团队正在准备实验以确认实际的仿真结果。