För första gången visades optisk infångning av dielektriska partiklar med en enda stråles lutningskraftfälla. Detta bekräftar begreppet negativt ljustryck på grund av lutningskraften. Trappning observerades inom hela partikelstorleksområdet från 10 um till -25 nm i vatten. Användningen av den nya fällan utökar storleksintervallet för makroskopiska partiklar som är tillgängliga för optisk infångning och manipulation väl in i Rayleigh storleksschemat. Man överväger att tillämpa denna fångstprincip på atomfällning. Vi rapporterar den första experimentella observationen till vår kunskap om en enda stråle gradient kraft strålningstryck partikelfälla." Med sådana fällor dielektriska partiklar i storleksintervall från 10 am ner till -25 nm var stabilt instängda i vattenlösning. Dessa resultat bekräftar principerna för enkelstrålens lutningskraftfälla och visar i huvudsak förekomsten av negativt strålningstryck, eller en bakåtkraftskomponent, som beror på en axiell intensitetsgradient. De öppnar också ett nytt storlekssystem för optiska fällor som omfattar makromolekyler, kolloider, små aerosoler och eventuellt biologiska partiklar. Resultaten är relevanta för förslag om att fånga och kyla atomer genom resonansstrålningstryck. Ett brett spektrum av optiska fällor baserade på strålningstryckets grundläggande spridnings- och gradientkrafter har visats eller föreslagits för fångst av neutrala dielektriska partiklar och atomer. 2 4 Spridningskraften är proportionell mot den optiska intensiteten och pekar i det infallande ljusets riktning. Lutningskraften är proportionell mot intensitetsgradienten och punkterna i intensitetsgradientens riktning. Enstrålens lutningskraftfälla är konceptuellt och praktiskt taget en av de enklaste strålningstrycksfällorna. Även om det ursprungligen föreslogs som en atomfälla, visar vi att dess användning också täcker hela spektrumet av Mie- och Rayleigh-partiklar. Det utmärker sig genom funktionen att det är den enda alloptiska singelstrålfällan. Den använder endast en enda starkt fokuserad stråle där den axiella lutningskraften är så stor att den dominerar den axiella stabiliteten. I den enda tidigare singelstrålfällan, den så kallade optiska levitationsfällan, är den axiella stabiliteten beroende av balansen mellan spridningskraften och gravitationen. 5 I den fällan är den axiella lutningskraften liten, och om man stänger av eller vänder tyngdriktningen drivs partikeln ut ur fällan av den axiella spridningskraften. Det fanns också relevanta experiment med hjälp av gradientkrafter på Rayleigh-partiklar som inte enbart omfattade fällor, där vätskesuspensioner av submikrometerpartiklar fungerade som ett artificiellt ickelinjärt optiskt Kerr-medium. 6 Det fysiska ursprunget för den bakåtgående lutningskraften i enstrålens lutningskraftfällor är mest uppenbart för partiklar i Mies storlekssystem, där diametern är stor jämfört med X. Här kan man helt enkelt använda strålningsoptik för att beskriva spridningen och den optiska momentumöverföringen till partikeln. 7'8 I bild. la) Vi visar spridning av ett typiskt par av strålar A av en starkt fokuserad stråle incident på en 10,gm förlustfri dielektrisk sfär, till exempel. Huvuddelen av momentumöverföringen från det infallande ljuset till partikeln beror på de uppkommande strålarna A', som refraceras av partikeln. Successiva ytreflexer, såsom RI och R 2, bidrar till en mindre spridning. För en glaspartikel i vatten är det effektiva indexet m, lika med partikelindexet dividerat med mediets index, cirka 1.1 till 1.2, och sfären fungerar som en svag positiv lins. Om vi tänker på riktningen för de resulterande krafterna FA på partikeln som beror på refraktion av strålar A i den svaga lens regim, ser vi som visas i Bild. la ) att det finns en betydande nät bakåt fånga kraft komponent mot strålen fokus. Figur 2 skisserar den apparat som används för att fånga Mie- eller Rayleigh-partiklar. Spatialt filtrerat argonlaserljus vid 514.5 nm inträffar på en högnumerisk nivå (N.A. 1.25) Mikroskopsmålet för vattensänkning, som fokuserar på en starkt konvergerande nedåtriktad stråle i en vattenfylld glascell. Glas Mie partiklar introduceras i fällan av en extra vertikalt riktad hållstråle, 5 som lyfter partiklar från cellens botten och manipulerar dem till fokus. Rayleighpartiklar är helt enkelt dispergerade i vattenlösning vid rimliga koncentrationer och kommer in i fångstvolymen genom Brownisk diffusion. Ett mikroskop M används för att se de instängda partiklarna visuellt från en stråldelare S eller genom att registrera 90°s-kattern med en detektor D.
Detta introducerades först av Ashkin et al. REF, där en enkelstrålens lutningskraft användes för att fånga mikro- och nanostora dielektriska partiklar.
Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles
{'venue': 'Opt.Lett', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Physics', 'Medicine']}