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1、第31卷第9期光學學報Vol.31,No.92011年9月ACTAOPTICASINICASeptember,2011光捕獲和光操控研究進展李寶軍辛洪寶張垚雷宏香(中山大學光電材料與技術(shù)國家重點實驗室,廣東廣州510275)摘要光捕獲和光操控是一種通過光鑷、倏逝波、光泳或光熱等對微納尺度顆粒、生物大分子和細胞等微小物體進行非接觸、無損傷捕獲和操控的方法和技術(shù)。詳細歸納和總結(jié)了國際上在光捕獲和光操控方面的研究進展和最新動態(tài),分析了其今后的研究發(fā)展方向。關(guān)鍵詞光捕獲;光操控;光鑷;光泳;倏逝波中圖分類號O439文獻標識碼Adoi:10.3
2、788/AOS201131.0900126ProgressofOpticalTrappingandManipulationLiBaojunXinHongbaoZhangYaoLeiHongxiang(StateKeyLaboratoryofOptoelectronicMaterialsandTechnologies,SunYat-senUniversity,Guangzhou,Guangdong510275,China)AbstractOpticaltrappingandmanipulationprovidesaprecise,non
3、-contact,andnoninvasivemethodformanipulationofmicro/nanoscaleobjects.Thistechniqueisrealizedmainlybyopticaltweezers,evanescentwaves,photophoresisorphotothermaleffect,etc.Areviewontheprogressofopticaltrappingandmanipulationispresented,andthetrendoftheresearchisanalyzed.K
4、eywordsopticaltrapping;opticalmanipulation;opticaltweezers;photophoresis;evanescentwaveOCIScodes350.4855;350.5340;310.66281引言上,并在自然科學和工程技術(shù)的很多領(lǐng)域成為了一[2～4]種非常重要的工具。光捕獲和光操控最開始是光能夠影響物體的運動,這是在經(jīng)典電動力學中就被證明了的事實。光與物質(zhì)相互作用的研究在通過激光光鑷來實現(xiàn)的。后來人們發(fā)現(xiàn),介質(zhì)界面最近40多年取得了令人矚目的成就,其中一個非常的倏逝波也能夠?qū)ξ矬w進
5、行捕獲和操控。最近的一些研究還表明,利用光泳和光熱效應(yīng)也能夠?qū)崿F(xiàn)大重要的成果是利用光來改變微小物體的運動狀態(tài),也就是光捕獲和光操控。這些微小物體小至原子、量微顆粒或生物體的捕獲和操控。鑒于目前國際上納米微粒,大至生物大分子和細胞甚至細菌等生物在光捕獲和光操控上的多種實現(xiàn)方法,本文就其各自的特性、應(yīng)用范圍以及最新進展進行詳細的歸納個體。由于光捕獲和光操控具有精度高、非接觸和總結(jié)。無損傷等特點,使其在生物、物理、化學和醫(yī)學等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。[1]自1970年Ashkin首次使用激光束對微米量2基于光鑷的捕獲和操控級的顆粒進行操控后,
6、光捕獲和光操控技術(shù)得到了Ashkin率先使用波長為514.5nm的連續(xù)激光-15[1]迅速的發(fā)展。光力從飛牛(10N)到皮牛對直徑為2.68μm的微球進行了操控,實驗證-12(10N)的大小變化和其從幾十納米到幾百微米實,單束激光被透鏡聚焦后可以將顆粒加速,而將相的作用范圍使得光操控能夠方便地應(yīng)用到微觀系統(tǒng)同的兩束激光同時通過透鏡聚焦后相向傳播,可以收稿日期:2011-07-07;收到修改稿日期:2011-08-01基金項目:國家自然科學基金(61007038,10974261)和國家杰出青年科學基金(60625404)資助課題。作者
7、簡介:李寶軍(1964—),男,長江學者特聘教授,主要從事光電子器件及集成、納米光子學及技術(shù)、能源光子學及應(yīng)用等方面的研究。E-mail:stslbj@mail.sysu.edu.cn0900126-1光學學報將顆粒穩(wěn)定捕獲。Ashkin認為,顆粒在光束附近光捕獲和操控技術(shù)的發(fā)展起到了里程碑的作用。他時,會受到光對它產(chǎn)生的力的作用,這個力的一個分們還將這種基于光鑷的捕獲和操控應(yīng)用到不同種類[10]量是指向光強的方向,被稱為梯度力;而另一個分量的微小物體上,包括原子、分子、亞微米顆粒、宏是沿著光傳播的方向,稱為散射力。因此,適當改變觀顆
8、粒,甚至活體細胞和組織等。光鑷對這些物體[2,11]光束的聚焦情況,使這兩個力的大小發(fā)生改變,就可進行操控時,不會造成明顯的物理損傷。光鑷以實現(xiàn)對顆粒的加速、捕獲和分離等。后來,Ashkin的這種無損傷、非接觸性操控的性
