Составители:
Рубрика:
Оптический пинцет
54
ботает как собирающая линза, отклоняя проходящие через нее лучи в сторону
своей оптической оси. Согласно закону сохранения импульса, импульс, сооб-
щаемый частице при преломлении луча a , будет равен разности импульсов лу-
чей а и a', если мощность излучения лазера постоянна во времени, то в резуль-
тате преломления света на частицу будет
действовать сила F
a
. Аналогично, при
преломлении луча b возникает сила F
b
, направленная симметрично F
a
. Так как
частица смещена относительно оси пучка, то интенсивность в области луча a
больше, чем в области луча b. Поэтому F
a
> F
b
, а
равнодействующая этих сил
F
ab
(рис.3) имеет составляющую, перпендикулярную оси пучка.
Рассуждая таким образом можно заключить, что полная сила, действую-
щая на частицу со стороны лазерного луча, имеет две составляющие, одна из
которых, называемая в литературе рассеивающей силой F
расс
, направлена вдоль
среднего направления переноса энергии в пучке, а вторая, так называемая гра-
диентная сила F
град
, направлена вдоль градиента интенсивности света в пучке.
Очевидно, что эти силы не обязательно перпендикулярны друг другу, так как
направление градиента интенсивности в лазерном пучке не обязательно пер-
пендикулярно среднему направлению переноса энергии в нем.
Заметим, что приведенные нами рассуждения носят качественный харак-
тер, так как для вычисления полной силы даже
в рамках приближения геомет-
рической оптики необходимо учитывать не только преломление, но также
френелевское отражение и поглощение всех пар лучей, падающих на частицу.
Из приведенных выше рассуждений следует, что если показатель прелом-
ления частицы больше показателя преломления окружающей ее среды, то гра-
диентная сила будет направлена к оси пучка – в
область, где интенсивность из-
лучения максимальна. И наоборот, если показатель преломления частицы
меньше показателя преломления среды, то при прочих равных условиях дейст-
вующая на нее градиентная сила будет направлена наружу от оси пучка. То
есть, такая частица, например микроскопический пузырек газа, будет выталки-
ваться из пучка.
Упомянутые здесь рассеивающая и градиентная
силы введены исключи-
тельно для удобства анализа. Он не являются силами различной природы, а
представляют собой только лишь компоненты одной и той же силы, действую-
щей на частицу со стороны светового пучка.
Градиентная оптическая ловушка
Соотношение между рассеивающей и градиентной компонентами силы
давления света, действующей на частицу в лазерном пучке, зависит от большо-
го числа факторов, определяемых как свойствами самой частицы, так и геомет-
рией лазерного пучка. В частности, оно сильно зависит от апертурного угла ла-
зерного пучка
α
– угла между точкой, лежащей на оси пучка в плоскости его
перетяжки W, и крайним лучом этого пучка (рис. 4а). Так как апертурный угол
зависит от показателя преломления среды, в которой распространяется лазер-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- …
- следующая ›
- последняя »
