二、光鑷技術(shù)中相關(guān)的理論

（1）單光束梯度力光阱

單光束梯度力阱理論是光鑷?yán)碚摰幕�礎(chǔ)。如圖，一個(gè)透明介質(zhì)小球處于一個(gè)高斯分布的非均勻會聚光場中，小球的折射率大于周圍介質(zhì)的折射率。當(dāng)會聚激光束照射到微粒上時(shí)，激光發(fā)生折射和反射，也包括一部分吸收。與此同時(shí)，光束經(jīng)過微粒會發(fā)生多次折射，有些會聚光線折射后傳播方向更趨向于光軸（即光束傳播方向），從而增大了軸向動量，因而給與微粒與光傳播方向相反的作用力，表現(xiàn)為拉力，由于此拉力的作用，導(dǎo)致粒子在軸向可以穩(wěn)定在激光焦點(diǎn)附近。而微粒在橫向的偏離，由于光場的非均勻性，也會受到指向激光焦點(diǎn)的回復(fù)力，即橫向梯度力。在梯度力和散射力的共同作用下，微粒被穩(wěn)定束縛在激光焦點(diǎn)附近。這就是單光束梯度力光阱。

單光束梯度力光阱

（2）RO模型

研究微粒在光阱中受到的光阱力的理論模型最常見的有幾何光學(xué)(RO)近似模型。RO 模型理論適用于幾何尺寸大于波長的微粒， 計(jì)算較簡單， 作為一種近似方法其計(jì)算結(jié)果對實(shí)驗(yàn)具有參考價(jià)值。結(jié)合高斯光束標(biāo)量理論，計(jì)算強(qiáng)聚焦光束對微粒的俘獲力。它的優(yōu)點(diǎn)是不考慮光的波動性， 研究光阱里微球在橫向、 軸向和任意位移后的受力，入射光在空間不同方位的追跡方式等。RO 模型理論便于分析微粒三維空間受到的應(yīng)力，進(jìn)而可以分析不規(guī)則微粒(如橢球)受到光阱的應(yīng)力及其動力學(xué)特性。

（3）新型光場的研究與光鑷

新型光場包括渦旋光束、 非衍射和自修復(fù)光束、 自加速光束以及矢量光束等。光鑷一個(gè)特別重要的發(fā)展趨勢是結(jié)合各種新型光場來實(shí)現(xiàn)特殊或復(fù)雜的操控功能。新型光鑷光場的研究得益于復(fù)雜光場調(diào)制技術(shù)的快速發(fā)展， 如空間光調(diào)制技術(shù)。新型光場光鑷不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對不同材質(zhì)、 不同大小的微粒多自由度操控， 而且可以通過計(jì)算機(jī)控制， 方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能的操控， 大大拓展了光鑷的應(yīng)用范圍。

三、光鑷技術(shù)的應(yīng)用

光鑷在生物學(xué)以及細(xì)胞中的應(yīng)用

光鑷對微粒的操控是非接觸的遙控方式，不會給對象造成機(jī)械損傷。這使得光鑷在生物學(xué)研究特別是單細(xì)胞單分子研究領(lǐng)域應(yīng)用非常合適。

首先，光鑷捕獲微粒的尺度在幾十納米到幾十微米，正好是生物細(xì)胞、細(xì)胞器以及生物大分子的尺度范圍。

其次，光鑷的溫和操控不會損失細(xì)胞。雖然激光會產(chǎn)生熱，但可以通過選擇合適的波長，避開細(xì)胞對光的吸收波長，將熱效應(yīng)降到最低。