钟航 1陈钧 1,*陈骏 1廖俊生 2,**
作者单位
摘要
1 表面物理与化学重点实验室,四川 绵阳 621908
2 中国工程物理研究院材料研究所,四川 绵阳 621907
光学捕获经过近几十年的发展,从光学悬浮到紧密聚焦的单光束光镊再到最近发展的多种类型的光学阱,已经可以捕获包括碳、金属氧化物、花粉、孢子、无机/有机液滴等多种不同类型的粒子,结合拉曼光谱、腔衰荡光谱或激光诱导击穿光谱可以获取悬浮微粒在原生状态下的物理和化学信息,并可以实现受控气氛环境下单粒子的化学反应研究。首先,本文根据微粒的吸光性对空气中微粒的光学捕获力的来源进行了介绍,透明微粒主要受辐射压力的作用,吸光微粒主要受光泳力的作用;然后,根据光学捕获力的不同对单光束、双光束、高斯光束和空心光束等光学捕获设计进行分类介绍;最后,综述了光学捕获与光谱技术结合起来用于单粒子研究的最新进展,并讨论了光学捕获拉曼光谱面临的挑战。
光谱学 光镊 光学捕获 单颗粒 气溶胶 spectroscopy optical tweezers optical trapping single particle aerosol 
中国激光
2024, 51(3): 0307303
作者单位
摘要
1 西北农林科技大学 理学院,杨凌712100
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子国家重点实验室,西安 710119
为了实现粒子的非轴向旋转操控,对圆偏振涡旋光的光致旋转特性进行了研究。理论上,利用T矩阵理论,计算光场作用于微粒的光力和力矩,分析圆偏振涡旋光场中自旋角动量和轨道角动量的取向对非轴向旋转效应的影响。研究结果表明:当轨道角动量和自旋角动量的方向相同时,粒子除受轨道矩和轴向自旋矩作用外,还受一个可观的横向自旋矩作用,可以诱导粒子同时做轨道和非轴向自旋运动;当轨道角动量和自旋角动量方向相反,则粒子受到的横向自旋矩难以驱动其做非轴向自旋运动。实验上,利用全息光镊系统捕获微米尺度的粒子,观察到粒子做轨道运动时的非轴向自旋现象,对理论研究结果进行了初步验证。
全息光镊 涡旋光束 光致旋转 非轴向自旋 横向自旋角动量 Holographic optical tweezers Vortex beam Optically induced rotation Non-axial spinning Transverse spin angular momentum 
光子学报
2023, 52(11): 1126001
作者单位
摘要
武汉理工大学 理学院 物理系, 武汉 430070
为了捕获不同材料、不同尺寸的多微粒串列, 采用界面层腐蚀法制备了双锥角光纤探针, 搭建单光纤光镊系统捕获了酵母菌、二氧化硅和聚苯乙烯等材料的多微粒串列。结果表明, 对于相同材料的微粒, 双锥角探针所能捕获的微粒数量随其尺寸增加而减少, 而对于相同尺寸的微粒, 捕获微粒的数量随材料折射率增加而减少; 通过测量捕获微粒串列时各个微粒的捕获力, 发现串列中离探针尖端越远的微粒其所受捕获力越小, 在外力的作用下远端的微粒将率先逃逸; 理论计算显示当光纤探针的2次锥角超过60°时, 不能捕获2个或2个以上的球形微粒, 该结果和实验观测一致。此研究可应用于精细加工和微纳制造。
激光技术 光纤光镊 界面层腐蚀法 多微粒捕获 光捕获 laser technique optical fiber tweezers interfacial layer etching multiparticle trapping optical trapping 
激光技术
2023, 47(3): 335
李红 1,2,*朱应鑫 1,2周雅妮 2王海波 2[ ... ]祝连庆 1,2
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室, 北京 100016
光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点,在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势,能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输运等功能,可以显著提升微粒的三维捕获能力以及动态操纵水平。本文综述了不同纤芯结构光纤光镊的结构特点与应用技术研究进展,对特种芯光纤光镊系统中探针制备、激光光源、耦合方式等关键技术进行了梳理和对比,总结与展望了不同结构特种芯光纤在光纤光镊中的作用与发展。
光纤光镊 特种光纤 微粒操纵 微流控 optical fiber tweezers specialty fibers microparticle manipulation microfluid 
中国光学
2023, 16(6): 1293
作者单位
摘要
1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006

由于TeO2声光偏转器(Acousto-optic deflector, AOD)具有超快的扫描速度、较宽的布拉格带宽以及大范围的偏转角度等优点,可以及时地改变光镊的位置,因此是获得无缺陷原子阵列的重要工具,在量子计算与模拟中具有重要的作用。但是,当声光偏转器输入含有多频率成分的信号时,会出现频率之间相互调制,导致衍射效率降低,出现不需要的衍射光且得到的衍射光强度分布不均匀等问题。基于此,对多个频率之间的相互调制过程进行了分析,通过对模型的计算分析得到了抑制频率互调的相位条件,并通过实验进行验证,再进行强度优化后得到强度分布相对均匀的光镊阵列。之后对互调过程进行仿真模拟,仿真结果显示与实验测量结果基本符合。对光镊阵列的参数测试显示,聚焦光镊的腰斑为1.5 μm,现有实验光路可获得间距3 μm的22×22的光镊阵列,满足中性原子阵列的实验需求。

光镊阵列 声光偏转器 频率互调 中性原子阵列 optical tweezer array acousto-optic deflector frequency intermodulation neutral atom array 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230128
作者单位
摘要
1 暨南大学纳米光子学研究院,广东省纳米光学操控重点实验室,广东 广州 511443
2 仲恺农业工程学院自动化学院,广东 广州 510225
光学操控已被广泛应用于生物医学、物理和材料科学等领域。近年来,锥形光纤光镊由于具有操作灵活、结构紧凑、易于制造等特点,在光学操控领域引起了极大关注。作为一种非侵入式光操控工具,锥形光纤光镊不会对生物组织和活体细胞产生接触式物理损伤,因而可以直接应用于细胞的多维度操控。此外,红外光波对生物组织具有良好的穿透性,这使得锥形光纤光镊在生物及医学领域有着不俗的表现。在这篇综述,笔者总结了锥形光纤光镊在单细胞、多细胞、亚细胞等层面的研究现状,并介绍了其在神经细胞调控方面的最新进展。
生物光学 光纤光学 光纤光镊 光捕获 细胞操控 神经调控 bio-optics fiber optics optical fiber tweezers optical trapping cell manipulation neuron regulation 
中国激光
2023, 50(15): 1507302
陶也 1钟伟 1吴欣怡 1何涛 1,2,3,4[ ... ]程鑫彬 1,2,3,4,**
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院,同济大学精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092
4 上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092
光镊技术通过在细小物体上施加光力对物体进行操控,而伴随光力产生的光力矩同样广泛存在于光学操控中。光力矩与光力一样,具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点,在生物医学、物理学和量子科学等领域被广泛应用。光力矩根据其与施加光场偏振旋向的关系可分为正光力矩和负光力矩。从正负光力矩产生的原理和条件、光力矩的增强、光力矩的物理和生物应用出发,对光力矩光镊操控进行回顾和讨论,最后对光力矩光镊操控潜在的挑战进行了总结,对其未来的发展方向如微型扭矩测量、光驱动生物机器人等进行了展望。
光力矩 光镊 光流控 多功能操控 生物颗粒 optical torque optical tweezer optofluidics multifunctional control biophysical particles 
光学学报
2023, 43(16): 1623012
作者单位
摘要
1 中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究(上海)设施,上海 201210
2 复旦大学上海医学院脑科学转化研究院,上海 200032
光镊采用聚焦的激光束束缚微米、纳米级的粒子,具有亚皮牛级的力分辨率和亚毫秒级的时间响应,在单分子生物物理中具有广泛的应用。通过化学耦链将生物大分子连接到高分子微球上,光镊可以测量大分子的伸长以及受力,进而研究DNA‐蛋白质相互作用、蛋白质折叠及分子马达机械化学性质等动态过程。简要介绍光镊的基本原理和常见的单分子光镊几何构型,并以双光镊为例,介绍如何设计和搭建光镊设备、所涉及的技术原理、稳定性与降噪处理方法以及分辨率测试方法。以国家蛋白质科学研究(上海)设施的双光镊实验装置为例,论述双光镊在单分子生物物理中的应用及进展。最后,对单分子光镊技术的发展前景作出展望。
生物光学 光镊 单分子 蛋白质折叠 分子马达 光学力 bio-optics dual-trap optical tweezers single molecule protein folding molecular motor optical force 
中国激光
2023, 50(15): 1507402
作者单位
摘要
1 东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江 大庆 163318
2 大庆油田信息技术公司,黑龙江 大庆 163453
提出一种基于电流调制的新型单光纤光镊。通过将经电流调制的980 nm激光注入单模光纤,光纤探头的输出功率发生周期性变化,实现了对粒子运动距离和运动速度的可控式操纵。此外,通过调整盖玻片的倾斜角度改变溶液蒸发力的大小,实现了对粒子的稳定捕获。在构建平面锥形纤维探针的基础上,搭建仿真模型,分析粒子的受力情况,并进行实验验证。实验结果表明,通过对激光器的驱动电流进行调制,可以操纵聚苯乙烯小球实现长达22.76 μm的粒子运输,且粒子的运动速度与激光器的调制电流有关,实验结果得到了数值模拟的支持。所提方法使得粒子捕获点的可变式调节和粒子的长距离轴向可控式运输成为可能。
光纤光镊 电流调制 粒子捕获与操纵 生物传感 fiber optical tweezer current modulation particle capture and manipulation biosensing 
光学学报
2023, 43(14): 1406003
作者单位
摘要
深圳大学物理与光电工程学院,射频异质异构集成全国重点研究实验室,光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室,广东 深圳 518060
面向生物粒子操控方法的研究,在生物医学和生命科学等领域具有重要意义。光镊操控具有无接触与高精度的特点,已被广泛应用于多个领域的研究中。然而,传统光镊的光热效应以及衍射极限都制约着光镊在生物医学领域的更广泛应用和发展。近十年来,研究者们将光热效应化劣势为优势,利用光与热的耦合效应实现了多种粒子的精确捕获及操控,即光致温度场光镊(OTFT)。由于此种新型光镊对光能的利用率极高,能量密度低于传统光镊近3个数量级,并可实现颗粒的大范围操控,极大地拓展了光镊可操控粒子的种类,已经成为纳米技术以及生命科学领域的重要研究工具。温度场光镊仍面临诸多问题,例如对于颗粒界面调控的依赖性以及三维捕获受限等,尤其是在生物光子学的研究中,还需要进一步发展和优化。本文对光致温度场光镊操控基本原理及其在生物医学中的应用两个方面进行了系统阐述,并对其今后的发展与挑战进行了展望。
光镊 光热镊 光流控 光热效应 微流控 生物传感器 optical tweezers optothermal tweezers optofluidics optothermal effects microfluidics biosensors 
光学学报
2023, 43(14): 1400001

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