Составители:
Рубрика:
Федосов И.В.
57
Как показывают эксперименты, градиентные оптические ловушки позво-
ляют захватывать частицы практически любых размеров в пределах от 100 мкм
до 10 нм. При этом очевидно, что приближение геометрической оптики совер-
шенно неприменимо для частиц, размеры которых сравнимы с длиной волны
или значительно меньше ее. По этой причине, для описания градиентной опти-
ческой ловушки, как
правило, используется более общая модель, основанная на
взаимодействии частицы с неоднородным полем электромагнитного излучения.
В предельном случае, когда размеры захваченной в оптическую ловушку
частицы значительно меньше длины волны (то есть частица удовлетворяет ус-
ловию рассеяния Релея), ее можно рассматривать как точечный диполь, поме-
щенный в неоднородное электромагнитное поле. В отличие
от приближения
геометрической оптики, в рамках данной модели сила, действующая со сторо-
ны электромагнитного излучения на частицы, легко разделяется на градиент-
ную и рассеивающую составляющие, вычисляемые по отдельности. Рассеи-
вающая сила возникает в результате поглощения и переизлучения света элек-
трическим диполем. Согласно (5) для сферы радиуса a данная сила определяет-
ся соотношением
:
c
nI
F
m
расс
σ
0
=
, (14)
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−
=
4
2
1
3
128
2
265
m
ma
λ
π
σ
, (15)
где I
0
– интенсивность падающего света,
σ
– сечение рассеяния сферы, n
m
–
показатель преломления среды, окружающей сферу, с – скорость света в вакуу-
ме, m – отношение показателя преломления частицы к показателю преломле-
ния среды (n
p
/n
m
), и
λ
– длина волны излучения лазера. Рассеивающая сила
прямо пропорциональна интенсивности лазерного пучка и совпадает по на-
правлению со средним потоком энергии в нем. Градиентная сила возникает в
результате взаимодействия индуцированного дипольного момента с неодно-
родным полем световой волны. Средняя градиентная сила, действующая на
сферу радиуса a в неоднородном поле электромагнитной волны,
определяется
соотношением:
0
2
I
cn
F
m
град
∇
2
=
πα
, (16)
где
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−
=
2
1
2
2
32
m
m
an
m
α
(17)
– поляризуемость сферы. Градиентная сила прямо пропорциональна градиенту
интенсивности и при
m >
1 направлена в сторону возрастания интенсивности.
Таким образом, если показатель преломления частицы больше, чем у окру-
жающей ее среды, то градиентная сила стремится втянуть частицу в центр пе-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- …
- следующая ›
- последняя »
