微米級(jí)錐形光纖的近場(chǎng)光鑷

趙 宇, 楊德超, 陳 浩, 張安富, 張文棟, 薛晨陽(yáng), 閆樹(shù)斌

(1.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山西 太原 030051;2.中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院, 山西 太原 030051)

引言

20世紀(jì)初期，開(kāi)普勒提出的光輻射壓力得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1970年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的A.Ashkin等人[1]首次利用高數(shù)值孔徑(NA=1.25)的物鏡會(huì)聚激光束產(chǎn)生的光輻射壓力實(shí)現(xiàn)了對(duì)微粒的三維捕獲。光操縱(光鑷)技術(shù)是基于光的力學(xué)效應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒的捕獲和操縱的，可以對(duì)微粒進(jìn)行無(wú)損傷、無(wú)接觸、無(wú)侵害的操縱，克服了傳統(tǒng)機(jī)械操作的缺陷，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、生物化學(xué)領(lǐng)域。

1992年，Kawata等人[2]利用高折射率棱鏡全反射產(chǎn)生的倏逝場(chǎng)對(duì)微粒進(jìn)行操縱，粒徑為6.8 μm的介電微球在倏逝場(chǎng)的作用下沿著棱鏡的表面運(yùn)動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)奠定了近場(chǎng)光學(xué)微操縱的研究基礎(chǔ)。不同于傳統(tǒng)光鑷，近場(chǎng)光鑷技術(shù)是基于近場(chǎng)光學(xué)中倏逝場(chǎng)的特性，其捕獲范圍高度局域在界面表面幾十到幾百納米的范圍內(nèi)，不受光學(xué)衍射極限的約束，可以提高微球捕獲的范圍和精度。

隨著近場(chǎng)光學(xué)理論的不斷發(fā)展，延伸出了基于倏逝場(chǎng)多種類型的光鑷。1997年，Lukas等人[3]利用激光照射鍍金屬膜的納米探針尖端，產(chǎn)生局域的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)微粒的穩(wěn)定捕獲；2004年，Min Gu等人[4]利用大數(shù)值孔徑的物鏡對(duì)環(huán)形光束進(jìn)行會(huì)聚，在玻璃-溶液界面發(fā)生全反射，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)直徑為2 μm微球的捕獲，而且對(duì)紅細(xì)胞進(jìn)行了拉伸、折疊和旋轉(zhuǎn)等操作。2008年，Murugan等人[5]利用微米級(jí)光纖光鑷實(shí)現(xiàn)了對(duì)直徑為10 μm的聚苯乙烯微球的捕獲。……