低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度

《低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第+$卷第%期"##(年%月物理学报NEO*+$，3E*%，PQ09，"##(!###>$"’#J"##(J+（$#%）J!)"!>#%K-6K?LM8G-K8G3G-K""##(-@70*?@AB*8E:*"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度!!）"）"）"）"）"）"）!）降雨强郭红莲刘春香李兆霖程丙英张道中贾锁堂!（）量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学物理电子工程学院，太原#$###%）"（）中国科学院物理研究所和凝聚态物理中心光物理实验室

2、，北京!###&#）（"##$年!"月’日收到；"##(年"月")日收到修改稿）布朗运动法测量光阱刚度因其简便易行而成为光镊系统参数测量的一种常用的方法，但是由于在低频响或低采样频率时测量结果误差很大，所以主要用在频响及采样频率较高的情况下*将在功率谱分析及实验的基础上，讨论如何在低频响及低采样频率下，用布朗运动法测量光阱刚度*关键词：布朗运动，光阱刚度，光镊，功率谱!"##：#)%#，("&#，("’#，+")#,耗时较长*这期间，由于光镊系统受到诸多因素影!/引言响，光阱刚度等参数常常发生变化*虽然流体力学方法测量光阱刚度是目前较为普遍采用的标定光阱刚光镊是近些年发展起来的一种微测量与操

3、纵系度的方法，但是该法比较繁琐，且需要中断实验*相统*由于它可实现对生物活体样品的非实体接触无比之下，由于用布朗运动法求光阱刚度不需要对小损伤微操纵，特别是由于它可以精确测量01量级球施加外力，操作简单，测量方便，所以非常适合用位移和23级的力，在物理、生物及其交叉学科中有于在实验（尤其是生物实验）过程中监测光阱刚度的着广泛的应用，并在前沿领域取得了丰硕成果*变化*光镊系统中光阱刚度的测定是进行微小力测量但是布朗运动法通常只适用于探测器频率响应的基础*所谓光阱刚度是指在光阱中心附近，光阱中及采样频率都比较高的情况*而当探测器频率响应受控介质颗粒所受到的力与其偏离光阱中心的位移或者采样频率较低

4、时，测量的结果会出现很大的偏成正比，即有!4"·!#，这里的"就是光阱刚度*光差*所以在用视频--5等低频响探测器测量时，罕阱刚度的测量有各种办法，文献［!］中介绍了常用的见有用布朗运动法来测量光阱刚度*本文将在实验几种测量方法*布朗运动分析法是通常可以采用的的基础上，从功率谱分析的角度研究低频响及低采几种方法之一*样频率下，布朗运动法测量光阱刚度时产生偏差的布朗运动本质上是布朗颗粒在环境物质分子撞原因，探讨其在低频响和低采样频率下的应用方法*击下所做的热运动，文献［"］对弱噪声极限下布朗运动对信噪比的影响做了较深入的讨论*而在光镊实"*实验验中，虽然布朗运动是影响测量结果的重要噪声源之一，

5、但同时也可以作为一个信号源来测量光镊系$%&%实验仪器及方法统的光阱刚度*因为光阱中小球所做的布朗运动与光阱刚度相实验中所用的是我们自行研制的光镊系统*主关，所以通过测量布朗运动的位移，即可求出光阱刚要由67蓝宝石激光器（$’##8，829:;<=>?@AB7:BC=B9<度"*光镊实验（尤其是生物实验）多为持续操作，且=0D?@E;E07:B）和倒置研究型显微镜（C97:=5FGH.I）!国家重点基础研究规划项目（批准号："##"-.)!$&#+）和国家自然科学基金（批准号：!#!)(#’)，!#$)(!!"）资助的课题*8&99物理学报>?卷组成!三维压电陶瓷驱动平台（"#$%&’，"(

6、)*)+,-，用流体力学法求光阱刚度!改变激光器的输出功率，#-.(/0）用于对样品池的微操作及力的校准!测量系获得不同的光阱刚度，重复上述过程!统分别采用视频112（13456789）、四象限探测器（:2，4(;(;<-=8>>&%’?）!自制样品池直径为8,;，高!"!"实验结果度8;;，内用铜%康铜热电偶测温!直径为8的聚!;苯乙烯小球（@=A/-,+/)<+B+,）用蒸馏水稀释!激光器不同输出功率下，用流体力学法所测得调整激光器的输出功率约为8’’;C，用光阱俘的光阱刚度分别是’D’86?E"F);，’D’G9’E"F);和获一个直径8!;的聚苯乙烯小球!分别用视频112’D’H’G

7、E"F);!和:2（时间响应约为9;-）测量此小球的布朗运动!用视频112和:2分别测量各个刚度下的布朗之后，给压电陶瓷驱动平台加上不同频率的正弦波，运动位移，结果分别如图（8(），（I）所示!图8’D’HGE"F);刚度下测得的光阱中小球布朗运动位移谱（(）视频112测量；（I）:2测量这里’（%）是小球静止时所受到的周围分子碰撞的?!用布朗运动求解光阱刚度的方法及随机力，（&%）是其他外力!对于小球，!K