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1、第31卷第9期光学学报Vol.31,No.92011年9月ACTAOPTICASINICASeptember,2011光捕获和光操控研究进展李宝军辛洪宝张垚雷宏香(中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广东广州510275)摘要光捕获和光操控是一种通过光镊、倏逝波、光泳或光热等对微纳尺度颗粒、生物大分子和细胞等微小物体进行非接触、无损伤捕获和操控的方法和技术。详细归纳和总结了国际上在光捕获和光操控方面的研究进展和最新动态,分析了其今后的研究发展方向。关键词光捕获;光操控;光镊;光泳;倏逝波中图分类号O439文献标识码Adoi:10.3
2、788/AOS201131.0900126ProgressofOpticalTrappingandManipulationLiBaojunXinHongbaoZhangYaoLeiHongxiang(StateKeyLaboratoryofOptoelectronicMaterialsandTechnologies,SunYat-senUniversity,Guangzhou,Guangdong510275,China)AbstractOpticaltrappingandmanipulationprovidesaprecise,non
3、-contact,andnoninvasivemethodformanipulationofmicro/nanoscaleobjects.Thistechniqueisrealizedmainlybyopticaltweezers,evanescentwaves,photophoresisorphotothermaleffect,etc.Areviewontheprogressofopticaltrappingandmanipulationispresented,andthetrendoftheresearchisanalyzed.K
4、eywordsopticaltrapping;opticalmanipulation;opticaltweezers;photophoresis;evanescentwaveOCIScodes350.4855;350.5340;310.66281引言上,并在自然科学和工程技术的很多领域成为了一[2～4]种非常重要的工具。光捕获和光操控最开始是光能够影响物体的运动,这是在经典电动力学中就被证明了的事实。光与物质相互作用的研究在通过激光光镊来实现的。后来人们发现,介质界面最近40多年取得了令人瞩目的成就,其中一个非常的倏逝波也能够对物体进
5、行捕获和操控。最近的一些研究还表明,利用光泳和光热效应也能够实现大重要的成果是利用光来改变微小物体的运动状态,也就是光捕获和光操控。这些微小物体小至原子、量微颗粒或生物体的捕获和操控。鉴于目前国际上纳米微粒,大至生物大分子和细胞甚至细菌等生物在光捕获和光操控上的多种实现方法,本文就其各自的特性、应用范围以及最新进展进行详细的归纳个体。由于光捕获和光操控具有精度高、非接触和总结。无损伤等特点,使其在生物、物理、化学和医学等领域得到了广泛的应用。[1]自1970年Ashkin首次使用激光束对微米量2基于光镊的捕获和操控级的颗粒进行操控后,
6、光捕获和光操控技术得到了Ashkin率先使用波长为514.5nm的连续激光-15[1]迅速的发展。光力从飞牛(10N)到皮牛对直径为2.68μm的微球进行了操控,实验证-12(10N)的大小变化和其从几十纳米到几百微米实,单束激光被透镜聚焦后可以将颗粒加速,而将相的作用范围使得光操控能够方便地应用到微观系统同的两束激光同时通过透镜聚焦后相向传播,可以收稿日期:2011-07-07;收到修改稿日期:2011-08-01基金项目:国家自然科学基金(61007038,10974261)和国家杰出青年科学基金(60625404)资助课题。作者
7、简介:李宝军(1964—),男,长江学者特聘教授,主要从事光电子器件及集成、纳米光子学及技术、能源光子学及应用等方面的研究。E-mail:stslbj@mail.sysu.edu.cn0900126-1光学学报将颗粒稳定捕获。Ashkin认为,颗粒在光束附近光捕获和操控技术的发展起到了里程碑的作用。他时,会受到光对它产生的力的作用,这个力的一个分们还将这种基于光镊的捕获和操控应用到不同种类[10]量是指向光强的方向,被称为梯度力;而另一个分量的微小物体上,包括原子、分子、亚微米颗粒、宏是沿着光传播的方向,称为散射力。因此,适当改变观颗
8、粒,甚至活体细胞和组织等。光镊对这些物体[2,11]光束的聚焦情况,使这两个力的大小发生改变,就可进行操控时,不会造成明显的物理损伤。光镊以实现对颗粒的加速、捕获和分离等。后来,Ashkin的这种无损伤、非接触性操控的性
