光镊名称的由来

XXXXhkin于1970年发现当一束激光射向微米微粒时，该微粒会受到一个沿光线传播方向的推力；用两束激光对射时就可以将微粒夹持住。后来，他进一步发现利用一束会聚激光可以在三维方向上控制微粒，由此开拓了光捕获微粒研究的新领域。

光镊，顾名思义，它是一种利用一束光抓住物体的工具。经验告诉我们，传统的机械镊子用来夹持物体时，必须使镊尖接触到物体，并施加一定的压力，物体才会被钳住，然后就可以固定物体或对它进行目标迁移等操作。而光镊与之不同，光镊使物体整个受到光的束缚从而达到“钳”的效果，然后通过移动光束（或改变物体的环境）来迁移物体。与机械镊子相比，光镊是以一种温和的非机械接触的方式完成夹持和操纵物体的。尤为重要的是，在以形成光镊的光为中心的一定区域内，物体一旦落入这个区域就有自动移向光束中心的趋势，其现象尤如微粒被吸尘器吸入,或者像一个飞行物坠入宇宙黑洞那样,表现出光镊具有“引力”效应(也有人称之为牵引束)。已经落入阱中的微粒(处在光束中心的微粒)，若没有外界力的扰动，物体将不会偏离光束中心。由于各种外界作用或微粒自身布朗运动等原因，当微粒略偏离光束中心也会很快恢复到原位，所以光镊又酷似一个陷阱（trap,snare）。这个陷阱有一定范围，在该范围边界处存在一个势垒。当物体的动能不足以克服势垒时，它将继续停留在陷阱内，这个范围就叫做阱域。

      原理

要了解光镊技术的原理，首先要知道光场对物体产生光力的原理。微粒在光场中所受光力与微粒的性质和光场的性质有关，需要研究微粒在光场中的受力情况。原理上，用一束光实现对物体的捕获，必须要有对物体的吸引和束缚力，这可以利用一束会聚的激光实现。在会聚的光场中，微粒在三维方向都会受到指向光最强点（焦点）的梯度力，也就是说光对微粒不仅有推力还有拉力，微粒将被约束在光束会聚点附近。

电磁场具有动量，而光波是电磁波，当光波入射到物体表面，被物体吸收或反射时,其动量就要发生变化,故它将对物体施以力的作用，这就是对物体的光力（light force），也叫光压（light pressure）。

应用领域

光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。又如在环境科学领域，经常会有区分水中数种微小物体的需求，利用光镊可以将各种物质在无损条件下容易地分离，给之后的精密分析创造良好的条件。

为了让广大的科技爱好者了解高端仪器光镊本人低成本制作了一台光显微镜，实验过程中用光镊移动酵母菌效果还不错。

68ae78d7337f62ae302209cee337975c.mp4  点击下载 ‎

【参考文献】

1. 周炳琨，高以智，陈倜嵘，陈家骅, 《激光原理》.

2. 杨之昌, 《几何光学实验》 p222-p233(1984年1月第1版).

3. XXXXhkin, J. Dziedzic, J. Bjorkholm, and S. Chu, "Observation of asingle-beam gradient force optical trap for dielectric particles," Opticsletters 11, 288-290 (1986).

4. XXXXhkin, "Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectricsphere in the ray optics regime," Biophysical journal 61, 569-582 (1992).

5. C.Bustamante, Z. Bryant, and S. B. Smith, "Ten years of tension:single-molecule DNA mechanics," Nature 421, 423-427 (2003).