Оптический лазерный манипулятор фемтосекундными импульсами

Физика захвата зависит от отношения размера частицы и длины волны излучения, с помощью которого производится захват. Существует два предельных случая:

1) частица много меньше длины волны,

2) частица много больше длины волны.

В первом случае полагают, что частица в фокусе объектива под действием лазерного излучения становится однородно поляризованной и на последующих этапах рассмотрения представляется как точечный диполь. На такую частицу действуют силы обусловленные

- рассеянием ( ),

- поглощением ( ),

- градиентом интенсивности излучения ( ).

Сила пропорциональна поляризуемости и всегда направлена вдоль градиента интенсивности к ограниченному дифракцией фокальному пятну.

Эта сила может превосходить другие упомянутые силы, что приводит к эффекту «ловушки». Частица попадает в потенциальную яму, которую можно описать гармоническим потенциалом:

k – характеристическая константа захвата, x₀ - центр ловушки.

Поведение прозрачных частиц, размеры которых много больше длины волны падающего излучения, может быть описано классическими теориями преломления и отражения.

Примером может стать рассмотрение прозрачного шарика, геометрический центр которого смещен относительно положения фокуса объектива (Рис. 8). Два луча a и b испытывают преломление в шарике и отклоняются от начального направления распространения. Таким образом, шарик изменяет импульс фотонов, ассоциированных с лучами a и b.

Рис.8

Пунктир – конечное положение шарика, сплошная линия исходное смещенное положение

Из рисунка следует, что шарик «толкает» луч aвправо и наверх. Следовательно, отклоненные фотоны придают импульс шарику, направленный в противоположную сторону, т.е. влево и вниз. Аналогично можно прийти к выводу, куда толкает шарик луч b.Таким образом, результирующая сила создаваемая полем направляет шарик в сторону фокуса. При достаточно сильном поле излучения частице трудно изменить положение вблизи фокуса, и она оказывается в ловушке.