光学学报, 2013, 33 (9): 0935001, 网络出版: 2013-09-29   

基于纳米光学透镜的激光捕获瑞利粒子研究

Study on Laser Trapping Rayleigh Particles Based on the Nanolens
作者单位
武汉理工大学物理系, 湖北 武汉 430072
摘要
提出用纳米光学透镜替代传统光镊装置中的大数值孔径几何光学透镜来捕获瑞利粒子的设想,基于电磁场时域有限差分方法计算了平面波经过纳米透镜后的衍射光场,并结合点偶极子近似计算了瑞利粒子在透镜衍射光场中的受力。研究结果表明,与传统光镊最好的情况(焦斑接近衍射极限)相比,本方案的捕获效率、稳定捕获区长度和光镊的品质因子都有很大程度的改善,尤其是出现在纳米透镜两侧的捕获区,对瑞利粒子的捕获效率和品质因子可提高2~3个量级,而且捕获粒子的受力具有强偏振相关性(不同于传统光镊),可用来实现粒子的旋转操作。
Abstract
An idea that Rayleigh particles can be captured by replacing the geometry optical lens in the traditional optical tweezers with nano-lens is proposed. We calculate the diffraction field of a plane wave passed through the nano-lens by using the finite difference time domain (FDTD) method and the radiation force acted on the Rayleigh particles in the field based on the point dipole approximation method. The results show that, comparing to best results (focal spot close to the diffraction limit) of conventional optical tweezers, the trapping efficiency, stable trapping zone length and quality factor of the proposed tweezers can be greatly improved. Especially for the two capture zones on the both sides of nano-lens, the trapping efficiency and quality factor can be improved by 2 to 3 orders of magnitude, and also the force of trapped particles has a strong polarization dependence (unlike conventional optical tweezers), which can be used to achieve rotation operation of particles.

刘子龙, 张波. 基于纳米光学透镜的激光捕获瑞利粒子研究[J]. 光学学报, 2013, 33(9): 0935001. Liu Zilong, Zhang Bo. Study on Laser Trapping Rayleigh Particles Based on the Nanolens[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(9): 0935001.

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