Составители:
Рубрика:
Оптический пинцет
58
ретяжки лазерного пучка. В пучке с большой числовой апертурой градиент ин-
тенсивности вдоль оси пучка настолько велик, что обусловленная им градиент-
ная сила способна удерживать частицу на одном месте, уравновешивая дейст-
вующую на нее рассеивающую силу. Так как рассеивающая сила действует
вдоль направления распространения лазерного пучка, а градиентная сила пре-
пятствует
смещению частицы из центра перетяжки, то частица оказывается
уравновешенной в некоторой точке, расположенной на оси лазерного пучка не-
сколько ниже плоскости его перетяжки.
Данный вывод согласуется с результатом, полученным нами в приближе-
нии геометрической оптики для крупной частицы. Но, кроме этого, он дает нам
новое представление о том, что области
, в которых интенсивность лазерного
пучка имеет локальный максимум, являются «потенциальными ямами», кото-
рые стремятся занять частицы, помещенные в лазерный пучок. Это свойство
градиентной оптической ловушки широко используется для моделирования ди-
намики частиц в сложных полях. Например, поведение электронов в периоди-
ческом поле кристалла можно смоделировать, используя множество лазерных
ловушек, расположенных
рядом друг с другом в узлах регулярной двумерной
решетки.
Приближение точечного диполя хорошо описывает случай захвата опти-
ческой ловушкой частиц, размеры которых много меньше длины волны (
a<<
λ
),
а приближение геометрической оптики – частиц, размеры которых много
больше длины волны (
a>>
λ
). Однако ни одна из этих моделей не применима в
промежуточном случае, когда размеры частицы сравнимы с длиной волны ла-
зерного излучения (
a~
λ
).
К сожалению, большинство объектов, представляющих в настоящее вре-
мя интерес для исследований при помощи оптического пинцета, находятся как
раз в этом промежуточном диапазоне размеров (0.1–10
λ
). В него входят наибо-
лее часто используемые в микробиологических исследованиях латексные мик-
росферы диаметром 0.2 – 5 мкм и практически все биологические объекты, ко-
торые могут быть захвачены при помощи оптического пинцета – бактерии,
дрожжи, и отдельные органеллы крупных клеток.
Точное описание поведения таких частиц в градиентной оптической ло-
вушке требует использования более сложных
моделей, построенных на основе
электромагнитной теории. Несмотря на то, что в настоящее время разработан
целый ряд подходов к теоретическому анализу оптического захвата объектов
промежуточного размера, ни один из них не добавляет ничего нового к пони-
манию физики этого явления, и по этой причине не рассматривается нами в
рамках данного пособия.
Основной
недостаток градиентных оптических ловушек любой конструк-
ции, и, в особенности, оптического пинцета, использующего один лазерный пу-
чок – это крайне высокая, порядка 10
6
– 10
8
Вт/см
2
, плотность мощности лазер-
ного излучения, падающего на поверхность объекта, удерживаемого в оптиче-
ской ловушке. При таком потоке энергии даже незначительное поглощение
света объектом приводит к его перегреву и даже расплавлению. По этой причи-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- …
- следующая ›
- последняя »
