On the use of organic semiconductors as handles for optical tweezers experiments: trapping and manipulating polyaniline (PANI) microparticles
本文提出使用有机半导体聚苯胺（PANI）微粒作为光镊实验手柄，首次实现了稳定捕获与操纵，并验证了其光学操纵的可行性，为半导体聚合物材料在光镊应用中开辟了新途径。
2023-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Discharge at the Microscale: Using Optical Tweezers to Observe Muon-Induced Discharges of a Levitated Microparticle in Air
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）
研究通过光学镊子观察悬浮微粒在空气中微尺度放电现象，揭示其由附近离子化辐射留下的离子快速捕获引起，为电极自由环境下的放电物理研究提供平台。
2026-04-17 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.optics
Trapping microparticles in a structured dark focus
本文实验展示了暗焦点光镊对二氧化硅微球的稳定捕获与操控，通过功率谱和势能分析揭示其非谐势能景观，并探讨了在悬浮光力学和生物物理中的应用。
2023-11-13 physics.optics quant-ph
Characterization of periodic cavitation in an optical tweezer
显微蒸汽爆炸或空化气泡可以周期性地产生在光学镊子与微粒，部分吸收在捕获激光波长。在这项工作中，我们测量的尺寸分布和生产率的空化气泡的微粒直径为3 $μ$ m，使用高速录像和快速光电二极管。我们发现，有一个下限的最大气泡半径$R_{max}\sim 2~μ$ m，这可以解释的微粒尺寸。所测量的$R_{max}$中的多于$94 \%$在2和6 $μ$ m之间的范围内，而相同百分比的所测量的单个频率$f_i$或产生速率在10和200 Hz之间。光电二极管信号产生气泡寿命的上限，其至多是由瑞利方程预测的值的两倍。我们还报告了$R_{max}$，$f_i$和气泡寿命之间的经验关系。
2016-01-15 physics.flu-dyn physics.optics
Study of adhesivity of surfaces using rotational optical tweezers
光镊是高分辨率研究表面性质的有力工具。传统的实验是通过研究俘获粒子在X、Y、Z方向上的主动涨落或布朗涨落来进行的。在这里，我们发现，采用第四维，旋转，允许敏感和快速探测的表面。光镊能够在施加圆偏振光时旋转捕获的双折射微粒，因此称为旋转光镊。当捕获的双折射微粒离表面足够远时，旋转速率仅取决于激光功率。然而，我们发现，如果一个陷阱接近表面，旋转速率为零，即使在有限的镊子激光功率为某些特定类型的基板。我们怀疑这是由于基板和双折射颗粒之间的相互作用，记住，这种旋转模式的流体动力学阻力不能增加超过1.2倍的阻力远离表面。我们用它来探测一些表面，发现疏水表面没有结合，但亲水表面特别倾向于显示出一个功率阈值，超过这个阈值，双折射颗粒开始旋转。我们计算出，当与表面的相互作用模式是纯粹物理的时，镊子的阈值能量与范德华势能一致。我们还发现，壳聚糖，相互作用的模式可能是不同的范德华力。我们把粒子放在阈值上，观察粘滑类的旋转行为。
2018-11-10 physics.optics
Experimental optical trapping of microparticles with higher order Frozen Waves
在这项工作中，我们使用全息光镊光学捕获具有高阶冻结波的微粒。冻结波是抗衍射光束，通过叠加具有相同频率和阶数的共同传播贝塞尔光束获得，从而获得其形状的有效建模。在此基础上，我们开发了一种用于产生冻结波的全息光镊系统，并且有可能以稳定的方式创建陷阱，用于捕获和引导横向平面中的微粒。实验结果表明，利用高阶冻结波可以获得良好的光阱稳定条件。这些结果表明，冻结波在光囚禁和引导粒子方面具有广阔的应用前景，在生物学研究、原子物理学和利用轨道角动量结构光进行光学操纵等方面具有重要的应用价值。
2022-09-05 physics.ins-det physics.optics
How light absorption modifies the radiative force on a microparticle in optical tweezers
光的反射和光的折射可用于在几何光学范围内捕获小的电介质颗粒。光的吸收在理论计算中通常被忽略，但已知它发生在金属颗粒的光学捕获中。此外，最近的半透明微粒实验表明，光的吸收对于解释它们的光学诱导振荡是重要的。在这里，我们提出了一个推广的阿什金模型的辐射力施加在一个球形珠，包括由于光的衰减/吸收的贡献在大部分的颗粒。我们详细讨论了折射，反射和吸收之间的平衡不同的光学参数和颗粒尺寸。提供了一个详细的例子，以澄清如何可以应用该模型，它是获得的辐射力可以增加或减少与吸收，这取决于颗粒的大小。我们的研究结果有助于理解光吸收粒子的光学捕获，并可用于预测吸收在实际实验中何时是重要的。
2018-02-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.bio-ph
Efficient Microparticle Trapping with Plasmonic Annular Apertures Arrays
在这项工作中，我们演示了使用基于环形孔径阵列的等离子体镊子捕获微粒。通过模拟透射谱和电场分布，对阵列进行了校准.理论上，我们观察到尖锐的峰值在传输谱的偶极共振模式和这些红移的大小的环形孔径减小。我们还预期局部等离子体共振的吸收峰在约1,115 μ m处。使用两个共振之间的激光频率，产生多个等离子体热点，并用于捕获和传输微米和亚微米颗粒。在实验上，我们证明了捕获的个人0.5微米和1微米的聚苯乙烯颗粒和颗粒运输的表面上的环形孔使用小于1.5 mW/um 2的入射激光强度在980 nm。
2018-05-29 physics.optics
Microparticles manipulation with a three-dimensional closed optical trap
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
提出一种无需空间光调制器的三维封闭光阱系统，通过腔内模式调制和腔外透镜调制生成零中心强度的暗势阱，实现单/多微粒稳定捕获及低功率下小鼠肝细胞捕获，降低光毒性并灵活调节尺寸。
2026-06-26 physics.optics
Optical application and measurement of torque on microparticles of isotropic nonabsorbing material
我们展示了如何能够可控地旋转或对齐微观粒子的各向同性非吸收材料在TEM 00高斯光束陷阱，同时测量所施加的扭矩，使用纯光学手段。这是一种简单而通用的旋转方法，只需要粒子沿一个方向伸长。因此，该方法可用于旋转或排列各种自然存在的颗粒。测量所施加的扭矩的能力使得能够使用这种方法作为定量工具-基于力测量的光镊的旋转等效物。除了对生物样品的旋转具有特殊价值外，这种方法也适用于光学驱动微机械的发展。
2003-09-30 physics.optics
Slow light microfluidics: a proposal
本文提出在薄壁毛细管上利用纳米形变构建慢光瓶状谐振器，以实现微流控微粒的光谱定位与近场光镊式同步操控。
2014-06-13 physics.optics
Propagation of Airy beams with ballistic trajectory passing through the Fourier transformation system
本文对艾里光束通过两个不同焦距的凸透镜的传输进行了理论和实验研究。本文从艾里光束的矩阵光学模型出发，进行了理论分析。实验结果是在基于空间光调制器（SLM）和4f傅里叶变换系统的计算全息（CGH）全息再现系统的实验装置中获得的。这与理论预测相一致。这项工作的新颖之处在于展示了4f系统中不同凸透镜的艾里光束传播的演变及其对焦距的依赖性。这对于控制和操纵艾里光束是非常重要的，并且，它们显示了艾里光束在光镊、光通信和光制导中应用的新的可能性。
2019-08-28 physics.optics
Generation and characterization of an array of Airy-vortex beams
我们提出的实验产生和分析的强度和相位的光学涡旋光束起源于叠加的艾里涡旋光束。提出了一种新的理论方案，即由N个对称的艾里涡旋光束（AiVBs）叠加形成AiVBs阵列，其中每个光束与OV叠加，并且具有相同的拓扑荷l.此外，一个单一的实验装置，使光学生成和重建的计算机生成的全息图上实现的空间光调制器和其相位分析的数字全息。实验结果与理论预测一致。该阵列在光镊、光通信调制、光学计量等光学和光子学领域具有广泛的应用前景。
2019-09-11 physics.optics
Overcoming optical contrast limit of mesoscale light focusing by means of retrograde-reflection photonic nanojet
从理论上分析了逆反射模式下亚波长光子纳米射流的物理起源。这种特定类型的光子纳米喷射出现在平面光波的连续双聚焦时，由位于平面反射镜附近的透明电介质微粒引起。据我们所知，我们第一次报道了逆PNJ的独特性质，其用于使用光学对比度超过极限值（n > 2）的微粒来增加其焦距和强度，这从根本上将逆PNJ与常规PNJ行为区分开。这可能会大大增加基于PNJ的光镊的捕获潜力。
2020-04-29 physics.optics
Multiplexed vortex beam-based optical tweezers
介绍了一种用于光镊实验装置的多路复用螺旋相位掩模的设计和实现。这种衍射光学元件允许产生具有独立拓扑电荷的多个同心涡旋光束。还示出了多个同心涡旋的相位掩模的泛化。设计了一种由两个不同拓扑荷的多重涡旋组成的相位掩模。我们的实验表明，角动量的光学捕获的微粒，使轨道动力学围绕光轴独立的每个漩涡内的转移。本文还讨论了不同拓扑荷组合下，聚焦区中受限粒子的角速度与光功率的关系。
2023-02-14 physics.bio-ph physics.optics
Self assembly of microparticles in stable ring structures in an optical trap
在由高阶光束或全息图投影到捕获体积中产生的光学力的影响下的微粒自组装是众所周知的。在本文中，我们报告了一个环的相同的微球（每个直径为1.1 $μ$米）在传统的单光束光镊与通常的TEM $_{00}$高斯光束耦合到一个样品室具有驻波几何形状的盖玻片和载玻片的自发形成。不同的实验参数对环形成的影响进行了广泛的研究。实验观测得到了基于前向和后向传播高斯光束的平面波分解的理论模拟的支持。环形图案被证明是由于几何像差所产生的使用高数值孔径显微镜物镜聚焦到分层介质中的高斯光束。研究发现，分层介质的厚度和驻波几何形状本身在形成稳定的环形结构中起着关键作用。这些结构可用于光学结合的研究，以及光阱中细胞之间的生物相互作用。
2012-02-15 physics.optics
Noise-Enabled Optical Ratchets
在这项工作中，我们证明了在一维光晶格与周期性对称的潜力和一个小的恒定外力的噪音使单个微粒的运输。一维晶格是由六个聚焦光束与全息光镊，其中一个微粒被困在三维实现。当在固定频率（0至35 Hz）下将动态无序添加到每个陷阱（$\pm 30\%$）处的衍射激光功率时，传输开始，而运动方向由恒定的外力设定。我们发现，传输仅在一个狭窄的噪声频率范围内实现，这与模拟，以及量子和经典系统中噪声诱导的能量传输的预测行为和观察是一致的。据我们所知，这是第一次直接观察到的噪音辅助运输的胶体系统。
2016-09-21 physics.optics
Speckle Optical Tweezers: Micromanipulation with Random Light Fields
目前的光学操纵技术依赖于精心设计的装置和样品。虽然在研究实验室中通常满足类似的条件，但当环境没有得到很好的控制和先验已知时，操纵微粒仍然是一个挑战，因为光学缺陷和散射限制了这种技术在现实生活中的应用，例如在生物医学或微流体应用中。尽管如此，无序结构对相干光的散射会产生散斑，这是一种具有明确统计特性的随机衍射图案。在这里，我们通过实验演示了散斑场如何成为一种多功能工具，以有效地执行基本的光学操作任务，如捕获，引导和排序。我们预计，这些简单的“斑点光镊”将大大拓宽现实生活中的应用光学操纵的前景。
2014-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pitch-rotational manipulation of single cells and particles using single-beam thermo-optical tweezers
微粒和细胞的3D俯仰旋转在生物学、物理学、化学和医学中的各种应用中具有重要性。诸如细胞成像和注射的应用受益于俯仰旋转操纵。由于产生足够高的垂直于传播方向的椭圆率的复杂性，在单光束光镊中产生这种运动仍然是难以捉摸的。此外，在两个位置处捕获扩展对象只能通过在轴向方向上移动焦点中的一个来产生部分俯仰运动。在这里，我们使用六边形上转换粒子和单细胞捕获靠近样品室中的镀金玻璃盖片，以产生完整的360度和连续的俯仰运动，即使用单个光镊光束。通过金表面的镊子光束被部分吸收，并产生一个热点，在附近产生循环对流，使物体旋转。可以通过激光的强度和金层的厚度来控制旋转速率。因此，这种简单的配置可以在俯仰方向上转动颗粒。该技术中的循环流具有约5 $μ$ m的直径，其小于使用声流体技术报道的那些直径。
2020-03-09 cond-mat.soft physics.optics
Plasmonic tweezers based on connected nanoring apertures
利用光学力操纵微粒已经在生命科学和物理科学中得到了许多应用。为了扩展光学捕获对纳米政权，在这项工作中，我们证明了捕获单个纳米粒子的阵列中的等离子体同轴纳米孔与各种内部磁盘配置和理论上估计相关的力量。对于20 nm聚苯乙烯颗粒，在980 nm的捕获波长下，对于149 nm的纳米盘直径的最佳设计观察到3.50fN/nm/mW的高归一化实验陷阱刚度。理论模拟被用来解释所观察到的陷阱刚度的增强。在14 $\times$ × 10 $^{11}$粒子/ml的浓度下，在0.59 mW/ $μ$ m $^{2}$的低入射激光强度下，获得小于8秒的快速粒子捕获时间。这种良好的捕获性能与纳米粒子的快速递送到多个捕获位点出现从增强的电磁近场和空间温度增加的组合。这项工作在纳米粒子的输送和捕获具有高精度的应用，并弥合光学操纵和纳米流体之间的差距。
2020-07-17 physics.app-ph physics.optics
Optical tweezers absolute calibration
光镊是一种多用途的中性微粒激光陷阱，在物理学和单分子细胞生物学中有着重要的应用。力测量是通过将刚度响应转换为被捕获的透明微球的位移来进行的，该微球用作力传感器。通常，校准是间接的，通过与流体阻力进行比较。这可能会导致相当大的差异因素。简要回顾了过去15年来在绝对校准方面取得的进展。在这里，我们克服了它的最后一个主要障碍，一个理论高估的峰值刚度，在最广泛的应用范围内，我们进行实验验证。这种差异可以追溯到光学系统的初级像差的影响，现在已经包括在理论中。所有所需的实验参数都很容易获得。散光，主要的影响，是通过分析聚焦激光光斑的反射图像，适应经常采用的视频显微镜技术来测量。结合界面球差，它揭示了一个以前未知的窗口不稳定的陷阱。与实验数据的比较导致误差条内的整体协议，没有拟合，对于广泛的微球半径，从瑞利制度的射线光学，不同的偏振和捕获高度，包括所有常用的参数域。除了信号光镊操作的第一原理理论理解，结果可能会导致改进的仪器设计和实验控制，以及扩展的适用范围，允许可靠的力测量，原则上，从毫微微牛顿到毫微牛顿。
2014-06-27 physics.ins-det physics.optics
Machine learning reveals complex behaviours in optically trapped particles
自20世纪80年代发明以来[1]，光镊已经发现了广泛的应用，从生物光子学和机械生物学到显微镜和光机械学[2，3，4，5]。通常需要模拟由光镊保持的微观粒子的运动来探索复杂的现象并解释实验数据[6，7，8，9]。为了计算效率，这些模拟通常将光镊建模为谐波势[10，11]。然而，需要更精确的物理光学散射模型[12，13，14，15]来精确地模拟更复杂的系统;对于复杂场产生的光学陷阱尤其如此[16，17，18，19]。虽然准确，但这些模型对于超过一个或两个自由度（DoF）的问题往往非常缓慢[20]，这限制了它们的广泛采用。在这里，我们证明了机器学习允许将谐波模型的速度与光散射模型的准确性相结合。具体来说，我们证明了神经网络可以被训练成快速准确地预测作用在微观粒子上的光学力。我们证明了这种方法的实用性上的两个现象，是令人望而却步的缓慢，否则准确地模拟：逃逸动力学的膨胀微粒在光阱中，和粒子的旋转速率的叠加光束具有相反的轨道角动量。由于其高速度和准确性，该方法可以大大提高可以有效模拟和研究的现象范围。
2020-04-17 physics.optics
Propagation of circular Airy derivative beams in complex media
本文通过实验与数值模拟研究圆艾里导数光束在湍流复杂介质中的突然自聚焦特性，证明其相较高斯光束具有更强的抗湍流畸变与聚焦能力。
2024-06-15 physics.optics
Intracavity Optical Trapping
标准的光镊依赖于聚焦激光束与微观粒子相互作用时产生的光学力：散射力，其沿着光束方向推动粒子，以及梯度力，其将其吸引到高强度焦点。重要的是，入射激光束不受颗粒位置的影响，因为颗粒是\emph{outside}激光腔。在这里，我们表明，\emph{intracavity nonlinear feedback forces}出现时，颗粒被放置在\emph{inside}的光学腔，导致在数量级更高的限制沿三个轴上的每单位激光强度的样品。我们提出了一个玩具模型，直观地解释了微粒的位置和激光功率如何成为非线性耦合：激光腔的损失取决于粒子的位置，由于散射，所以激光强度增长时，粒子试图逃跑。该方案允许在非常低的数值孔径下进行捕获，并且与标准3D光镊相比，将颗粒暴露的激光强度降低了两个数量级。我们通过光学捕获微观聚苯乙烯和二氧化硅颗粒内的光纤激光器的环形腔的实验实现了这一概念。这些结果是高度相关的许多应用程序需要操纵的样品，受到光损伤，如在生物系统和纳米科学。
2018-08-23 physics.optics
Controllable light capsules employing modified Bessel-Gauss beams
我们报告，在理论和实验上，一类新的控制光胶囊几乎完美的黑暗，直接采用修改后的贝塞尔-高斯光束的固有特性。这些光束在传输过程中，只要适当选择参数，就能自然地产生三维瓶状区域。值得注意的是，可以通过调整光束参数来控制光学瓶以展示各种几何形状，从而产生可调节的光胶囊。我们详细了解了由修改后的贝塞尔-高斯光束产生的光囊的理论起源和特性。此外，首次采用基于二进制数字微镜器件（DMD）的方案，通过精确的幅度和相位控制对空心光束进行整形。此外，我们证明了他们的能力，光学捕获的核壳磁性微粒，这在生物医学研究中发挥着特殊的作用，与全息光镊。因此，我们的观察提供了一个新的途径，产生和控制瓶束，并将扩大潜在的微观操纵吸收粒子，气溶胶，甚至单个原子。
2016-05-11 physics.optics
Enhanced optical trapping assisted by resonant energy backflow in a perforated dielectric microsphere
介质微球内部的光能流暴露于光波通常与其波矢同向。同时，如果微粒中的光场与高质量的空间本征模式（称为回音壁模式（WGM））共振，则在照明和阴影粒子半球中至少会出现两个反向能量流区域。这些领域是相当大的实际利益，由于其增强的光捕获潜力，提供他们应该事先清除颗粒材料。在本文中，我们考虑了一个穿孔的微球与空气填充针孔沿颗粒直径和理论分析的条件下激发WGM。针孔隔离WGM的能量回流区域，并且多重增强了将穿孔微球转变为用于捕获各种纳米物体的有效光学镊子的光学拉入力。
2022-04-19 physics.comp-ph physics.optics
Single atom in a superoscillatory optical trap
本文提出利用超振荡效应构建可连续调谐至亚波长尺度的光阱，实现单个超冷原子的捕获，为量子模拟、单分子化学及亚波长量子发射器阵列研究提供新手段。
2023-07-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Shaping the longitudinal intensity pattern of Cartesian beams in lossless and lossy media
几种应用，如光镊和原子导向，受益于允许光场的空间分布，特别是其纵向强度图案的工程技术。在圆柱坐标系中，冻结波等方法允许对光束的特性进行高级控制，但在笛卡尔坐标系中没有类似的技术。由于笛卡尔光束也可能是有用的应用程序，我们在这里开发的方法来调制按需的任何（最初）一维笛卡尔光束的纵向强度图案与集中的波矢谱，从而涵盖所有傍轴一维光束。为此，我们将总梁写成两个一维梁的乘积，并探索由附加笛卡尔坐标提供的自由度。虽然在该坐标为零的平面中，所选择的一维光束保持其结构并具有额外的所需强度调制，但在该变量的方向上出现类似正弦的振荡，并创建一个大小可调的斑点。给出了高斯光束和艾里光束的计算实例，并进行了相应的实验验证，以说明该方法的有效性。
2017-07-28 physics.optics
Higher order microfibre modes for dielectric particle trapping and propulsion
近年来，在光学微纤维和纳米纤维附近的光学操纵已经在几个领域显示出潜力，包括微粒控制和冷原子探测和捕获。迄今为止，大多数工作集中在基模通过光纤的传播。然而，沿最大模式强度轴，高阶模式具有较长的倏逝场扩展和较大的场振幅相比，基模在光纤腰部，开辟了新的可能性，光学操纵和粒子捕获。在这项工作中，我们展示了一个微纤维/光镊紧凑的系统，用于捕获和推进电介质粒子的基础上激发的第一组高阶模式在光纤腰部。单个聚苯乙烯粒子被捕获和推进的高阶和基本模式的微纤维表面附近的倏逝场。对于直径为1 μm ~ 5 μm的粒子，与基模相比，高阶模的粒子推进速度有所提高。当束腰功率为25 mW时，单个3 μm聚苯乙烯粒子在高阶倏逝场作用下的光推进速度比基模作用下快8倍。实验数据和这两种不同的光纤模式和粒子的倏逝场之间的动态相互作用的理论计算支持。这项工作可以推广到量子网络中激光冷却原子的捕获和操纵。
2015-01-29 physics.optics
Hydrodynamic Insight Drives Multimodal Light_Field Dynamics via Streamline Engineering
该研究将光场视为能量流体并通过工程化 Poynting 矢量流线定制传播动力学，实验验证其可用于精密三维光操控与稳健自由空间通信。
2025-07-27 physics.optics
Optical Vortices: Revolutionizing the field of linear and nonlinear optics
本文探讨了光学涡流在线性和非线性光学中的应用，包括其生成、检测及在各种光学现象中的作用。
2025-12-17 physics.optics quant-ph
