Hopping of nanoparticles in optical tweezers governed by Mie resonances
Nonlinear Physics Center, Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院非线性物理中心）；School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology（大连理工大学光电工程与仪器科学学部）；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Melbourne（墨尔本大学电气与电子工程系）；Photonics Laboratory, Physics Unit, Tampere University（坦佩雷大学物理学单元光子学实验室）
研究光镊中纳米颗粒动力学，利用波长尺度颗粒支持的高阶米氏共振，在单高斯光束光镊中实现复杂颗粒动力学，揭示其为复杂光力内在机制，建立米氏共振纳米光子学平台。
2026-10-07 physics.optics
Metasurface Holography on a Relative-Phase Manifold for Stable and High Fidelity Tweezer-Array Generation
提出一种基于相对相位流形的超表面全息方法，通过反向投影优化调整少量相位参数，实现高保真、偏振分辨的光学镊子阵列生成，具有相位稳定性和抗像差能力。
2026-05-24 physics.optics
Realization of vortex pair and its application in optical tweezers
光子的轨道角动量作为光的基本性质之一，引起了人们的广泛关注。本文从理论上证明了在均匀各向同性介质中，当线变局部线偏振（LVLLP）光束被高数值孔径（NA）物镜强聚焦时，无自旋态光可以发生OAM转换.高NA物镜在此充当调制器，其使得能够对空间上分离的输入SDLLP光束的左右圆形振动的两个分量进行自旋到轨道OAM转换。因此，发生从线性状态到共轭OAM状态的部分转换，导致两个焦点的纵向分量具有相反方向的螺旋相位。此外，这种定制的光场可以用于在光镊中识别和分离手性物体。
2020-03-31 physics.optics
Back-Focal-Plane Imaging and Linear Density Measurements Of Sub-Diffraction Sized Biological Filaments and Particles
Center for Nonlinear Dynamics, Dept. of Physics, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校非线性动力学中心物理系）
本文利用光镊背焦平面检测技术，通过将扩展物体成像视为点粒子成像的叠加，实现了对亚衍射尺寸生物细丝和颗粒的定量成像与线密度测量，并提出了基于样品取向依赖的探测器响应的背景扣除方法。
2026-05-31 physics.bio-ph physics.optics
Brownian dynamics simulations of sphere clusters in optical tweezers
通过计算模拟光镊中波长大小的非球形粒子的行为，可以更广泛地了解捕获平衡的存在和稳定性以及对这些粒子的光学操纵。在这里，我们报告布朗动力学模拟的非球形粒子，详细的光学，流体动力学和热相互作用。我们使用一个$T$矩阵的形式主义来计算的光学力和扭矩的波长大小的球体集群上的聚焦激光束施加的，我们将详细的扩散张量，捕获的各向异性布朗运动的集群。对于大小与波长相当或大于波长的双球团簇，我们观察到椭圆偏振光束的光动力学效应。我们还证明了多重捕获平衡存在一个高度不对称的手性集群的七个领域。我们的模拟可能会导致实际的建议，光学捕获和操纵，以及更深入地了解潜在的物理。
2020-09-01 physics.optics
Experimental optical trapping of microparticles with an Airy beams array using a Holographic Optical Tweezer
在这项工作中，我们提出了一个实验的光学陷阱的微粒与艾里光束阵列使用全息光镊。艾里光束阵列由于其无衍射和自聚焦的特性，在粒子的光学操纵中具有很大的应用前景。艾里光束阵列由N束相互对称反向加速的艾里光束组成，适用于不同的弹道，即不同的初始发射角。在此基础上，我们开发了一种用于产生无衍射光束的全息光镊系统，并利用它研究了作用在艾里光束阵列微粒上的光力分布。结果表明，通过改变艾里光束的发射角度参数，可以控制阵列的梯度和对微粒的散射力。此外，使用艾里光束阵列可以获得更大的光阱稳定性，具有以可控方式捕获和引导微粒的有趣可能性，可以应用于光学，生物和大气科学。
2020-07-08 physics.optics
Tailoring the excitation of localized surface plasmon-polariton resonances by focusing radially-polarized beams
研究了聚焦径向偏振光与金属纳米球的相互作用。通过扩大电磁场的多极，我们获得洞察局部表面等离子体极化激元共振的激发在纳米粒子。我们发现，集中的径向偏振光束提供了更多的机会比一个聚焦的平面波或高斯光束调谐的近场和远场系统的响应。这些结果在纳米光学、光镊和光数据存储中有应用。
2009-01-05 physics.optics
Probing the optical chiral response of single nanoparticles with optical tweezers
本研究提出基于光镊的手性颗粒分选方案，利用圆偏振光的对映选择性捕获及斯托克斯曳力引发的质心旋转实现手性检测，可用于溶液颗粒对映选择与单微球手性参数表征。
2020-06-06 physics.optics
Creation of a tweezer array for cold atoms utilizing a generative neural network
本研究利用生成神经网络结合空间光调制器生成光镊阵列，成功装载冷锶原子，并缩短控制时间、免去重复优化全息图，实现可调原子阵列的快速创建。
2024-07-19 physics.atom-ph physics.optics
Plasmon enhanced optical tweezers with gold-coated black silicon
等离子体光镊是一种普遍存在的工具，用于在低光子通量下精确操纵纳米颗粒和生物分子，而飞秒激光光镊可以探测被捕获物质的非线性光学性质，并应用于生物诊断。为了在实际应用中采用等离子体光镊，必须在不影响捕获效率的情况下开发大规模的制造工艺。在这里，我们开发了一种新的平台，连续波（CW）和飞秒等离子体光镊，基于镀金的黑硅。与传统的光刻方法相比，该制造方法依赖于简单的、单步的、无掩模的桌面激光处理水中的硅，这有利于可扩展性。镀金黑硅支持可重复的捕获效率，可与迄今为止报道的最高效率相媲美。从更基本的方面来看，等离子体激元介导的效率增强是共振效应，并且因此取决于捕获光束的波长。令人惊讶的是，等离子体增强的捕获效率的波长表征已经回避了文献。在这里，我们利用记录的捕获效率的可重复性，提供的镀金的黑硅平台，并执行的捕获过程的波长相关的表征，揭示了共振特性的捕获效率最大值。镀金黑硅是一个有前途的大规模并行捕获应用平台，将扩大纳米工程，生物学和集体生物光子效应研究中的光学操纵范围。
2016-06-27 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
Nanotrapping and the thermodynamics of optical tweezers
可以被光学镊子捕获的颗粒大小从几十微米到几十纳米不等。有趣的是，该尺寸范围包括大的大分子。我们的实验表明，与理论预期一致，光镊可用于操纵悬浮在水中的聚环氧乙烷的单分子。捕获的分子聚集而不聚集，因此这提供了溶液中大分子浓度的光学控制。除了可能的应用，如纳米粒子的微操作，纳米组装，微化学和生物大分子的研究，我们的研究结果还提供了深入了解光镊的热力学。
2007-02-06 physics.class-ph physics.optics
Measurement of particle motion in optical tweezers embedded in a Sagnac interferometer
为了提高粒子在几何光学中位置跟踪的灵敏度，我们在Sagnac干涉仪中嵌入了一个反向传播光镊装置。使用Sagnac干涉仪的增强的位置确定先前已经由Taylor等人[Journal of Optics 13，044014（2011）]针对被捕获在驻波的波腹中的瑞利态粒子进行了理论描述。我们将他们的理论推广到任意大小的粒子被正交偏振反向传播光束捕获的情况。该装置的工作距离足够长，以利用辅助激光束光学诱导与镊子的轴正交的颗粒振荡。使用这些振荡作为参考，我们已经通过实验表明，Sagnac增强后焦平面干涉术能够提供超过5倍的信号-背景比的改善，对应于超过30倍的信噪比的改善。实验结果与理论预测一致。在实验装置中，我们使用了一种基于商业喷墨技术的光学悬浮器辅助液滴在空气中输送的方法，并采用了一种新的方法来精确控制液滴的尺寸。
2015-10-08 physics.optics
Spatially resolved spin angular momentum mediated by spin-orbit interaction in tightly focused spinless vector beams in optical tweezers
研究通过紧聚焦零内禀角动量的ARP矢量光束到分层介质，在光镊中生成空间分辨的纵向自旋角动量，实现了基于粒子位置和大小的反向旋转操控，为自旋-轨道光力学和复杂粒子操控提供了新途径。
2024-09-26 physics.optics
Observation of Larmor-like precession of a single birefringent particle due to spin-dependent forces in tilted optical tweezers
本文在倾斜折射率分层介质构建的光阱中，利用单个高双折射液晶粒子实验观测到由自旋相关力引起的类拉莫尔进动，并验证进动方向由光手性决定、频率随激光功率线性变化。
2024-02-12 physics.optics
Levitated optomechanics with cylindrically polarized vortex beams
University College London（伦敦大学学院）
本文研究柱对称偏振涡旋光束用于光悬浮光力学，可显著降低反冲加热，支持更大粒子捕获，并产生非线性势以创建非经典运动态。
2026-11-02 physics.optics quant-ph
Optical design for laser tweezers Raman spectroscopy setups for increased sensitivity and flexible spatial detection
我们展示了一种方法，通过在单次多轨测量中收集前向和后向散射光，使激光镊子拉曼光谱（LTRS）的收集效率提高一倍。我们的方法可以在不同的样品体积收集信号，同时授予共焦拉曼光谱的精确的空间选择性和非共焦拉曼光谱的体积灵敏度。此外，我们显示，我们的方法可以减少检测器的集成时间和激光功率。因此，我们的方法将能够监测对高强度敏感的生物样品更长的时间。此外，我们证明，通过一个简单的修改，我们可以增加偏振灵敏度和检索额外的生化信息。
2021-03-02 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Negative optical torque on a microsphere in optical tweezers
我们表明，在光镊与椭圆偏振光束的光力场具有相反的旋向性为广泛的颗粒尺寸和最常见的配置。我们的方法是基于直接观察下的横向斯托克斯阻力的作用下的粒子的平衡位置，其旋转的光学扭矩的机械效应围绕光轴。我们发现与理论的总体协议，没有拟合，提供散光，这是单独的特点，包括在理论描述。我们的工作开辟了一条道路的捕获参数的表征，如微球的复折射率和光学系统的像散，从微球旋转角度的测量。
2019-01-27 physics.optics quant-ph
Miniaturized Metalens Based Optical Tweezers on Liquid Crystal Droplets for Lab-on-a-Chip Optical Motors
覆盖有多层纳米天线结构的表面，即所谓的超表面，最近已被证明能够完全控制光的相位。超透镜已经从超表面的发展中出现，为将传统透镜重新铸造成能够聚焦光的薄的平面光学部件提供了新的基础。利用电子束光刻技术在玻璃衬底上制作了由等离子体金纳米棒阵列构成的透镜。使用1064 nm激光通过焦距为800 $μ$ m的超透镜（基于Pancharatnam-Berry相位原理制造的$N.A. = 0.6$）产生高强度圆偏振光焦斑。我们证明，通过这种超透镜，在激光束中捕获的双折射双折射液晶液滴的光学旋转是可能的。双折射液滴的旋转确信，光学陷阱具有足够强的角动量的光从每个纳米结构的辐射，就像一个本地半波片，并引入一个依赖于方向的相位光。在这里，我们成功地创建了一个小型化和强大的超透镜为基础的光学镊子系统，能够旋转液晶液滴，以模仿未来的实验室芯片应用的光学马达。
2020-04-08 physics.optics
Enantioselective manipulation of chiral nanoparticles using optical tweezers
提出了一种利用光镊对手性纳米粒子进行手性拆分的方法。我们证明，在一个典型的，现实的光学镊子设置与圆偏振捕获光束的光学捕获力是敏感的核壳纳米粒子的手性，允许有效的对映选择。结果表明，通过选择合适的捕获光束的圆偏振，可以选择被捕获粒子的旋向性。每个单独的被捕获的纳米颗粒的手性可以通过测量在横向斯托克斯拖曳力的作用下平衡位置的旋转来表征。我们表明，壳的手征性引起额外的扭曲，导致强烈的增强的光学扭矩驱动的旋转。这两种方法被证明是强大的对尺寸和材料参数的变化，表明它们是特别有用的（但不限于）在手性等离子体中的实际利益的几种情况下，其中对映体选择和表征的单个手性纳米粒子，每一个都具有其独特的手性和光学性质，是为了。特别是，我们的方法可以用来揭示由单个等离子体激元树莓中的无序引起的手性响应，该等离子体激元树莓是通过在电介质核心周围紧密堆积大量金属纳米球而合成的。
2019-11-05 physics.optics
Optical disassembly of cellular clusters by tunable tug-of-war tweezers
细菌生物膜是许多持续性感染的基础，给抗生素治疗带来了主要障碍。在这里，我们设计并展示了拔河光镊，可以促进评估细胞-细胞粘附-生物膜发展的一个关键因素，这要归功于光散射和梯度力的联合作用。通过与传统镊子不同的定制光学景观，这种拔河镊子不仅可以在观察平面中稳定地捕获和拉伸杆状细菌，而且更重要的是，它们还可以施加可调的横向力，将细胞集群拉开，而无需任何束缚或机械运动。作为原理的证明，我们研究了苜蓿中华根瘤菌菌株，形成强大的生物膜，并发现细胞间粘附的强度取决于生长介质。这项技术可能预示着新的光子工具，用于光学操纵和生物膜研究，以及其他生物学应用。
2016-05-21 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Multi-Objective Tweezers in Scattering Media
EPFL（洛桑联邦理工学院）；Vienna University of Technology (TU Wien)（维也纳工业大学）；Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, I2M（波尔多大学）；Arts et Metiers Institute of Technology（巴黎高科国立高等工艺学院）
本文提出在复杂散射介质中利用声波或光波同时操控多个物体的新方法，实现多目标最优操控与精确操作。
2026-05-15 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast light-sheet optical tweezers for in situ parallelized biomechanical characterization of cells and soft tissues
Brown University, School of Engineering（布朗大学工程学院）；Brown University, Institute for Biomedical Engineering and Medicine（布朗大学生物医学工程与医学院）；Brown University, Center for Digital Health（布朗大学数字健康中心）
本文提出光片光镊力传感器（LOFT），通过多粒子并行捕获和飞秒激光增强，实现细胞与软组织的高通量原位力学表征，首次用于完整组织测试。
2026-09-22 physics.bio-ph physics.optics
Solar Sails, Optical Tweezers, and Other Light-Driven Machines
电磁波携带能量、线动量和角动量。当光（或其他电磁辐射）与物质介质相互作用时，通常会交换能量和动量。材料主体在其与电磁场的相互作用中所经受的力和扭矩使得整个系统的能量以及线动量和角动量（即，场加物质的系统）是守恒的。辐射力现在被常规地用于捕获和操纵小物体，如玻璃或塑料微珠和生物细胞，驱动微型和纳米机器，并考虑在太阳帆的帮助下进行星际旅行。我们讨论的电磁场的属性，使这种广泛的应用。
2012-06-07 physics.class-ph physics.optics
Light-induced, fictitious magnetic trapping of cold alkali atoms using an optical tweezers-nanofiber hybrid platform
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
该研究利用光学镊子-纳米纤维混合平台，通过光诱导虚拟磁场实现冷碱金属原子的磁陷阱，实现了对原子位置、深度和频率的调控，为量子技术应用提供支持。
2026-01-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Extended three dimensional optical tweezers with a Single Gaussian Beam in a stratified medium
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究学院加尔各答分校）
本文提出利用分层介质折射率梯度工程，以单高斯光束实现扩展三维光捕获，通过球差形成多稳定捕获区，为全息光镊提供简化替代方案。
2026-09-22 physics.optics
Detection of sub-degree fluctuations of the local cellmembrane slope using optical tweezers
正常的热波动的细胞膜已被广泛使用高分辨率显微镜和聚焦光，特别是在周边地区的一个细胞。我们使用非特异性地附着于细胞膜的单个探针颗粒来确定功率谱密度在5 Hz至1 kHz的范围内与（频率）^（-1.66）成比例。我们还使用了一种新的技术，同时确定膜的斜率波动依赖于确定的双折射探针粒子被困在线性偏振光镊的俯仰运动。在此过程中，我们还发展了利用光镊高分辨率识别俯仰旋转的技术。我们发现斜率起伏的功率谱与1/（频率）成正比，并从理论上解释了这一点。我们发现，我们可以直接从功率谱的系数中提取参数，特别是在高频下，而不是与其他参数进行卷积，从而提高估计的准确性，我们期待这种技术用于确定球形颗粒的俯仰角，以高分辨率作为许多有趣的研究的起点，使用光镊
2020-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.optics
Monte Carlo simulation of scattered circularly polarized light in biological tissues for detection technique of abnormal tissues using spin-polarized light emitting diodes
生物组织散射光的圆偏振特性提供了有价值的信息，已被认为是诊断肿瘤组织的有力工具。我们提出了一种非染色，非侵入性和体内癌症诊断技术，使用配备有圆偏振光发射二极管（自旋LED）的内窥镜。利用已有的蒙特卡罗方法研究了圆偏振光对伪健康组织和癌组织中细胞核的散射过程。计算结果表明，在较宽的探测角度范围内，光在伪组织中散射产生的圆偏振态存在明显差异，采样深度与探测角度有关。基于计算结果设计包括自旋LED的内窥镜探头的结构，同时提供关于生物组织的结构和深度信息。
2020-01-12 physics.bio-ph physics.optics
Probing the rotational spin-Hall effect in higher order Gaussian beams
光的自旋-轨道转换是非傍轴场中的一种动力学光学现象，导致自旋和轨道霍尔效应的各种表现。然而，自旋轨道相互作用（SOI）的影响还没有得到广泛的探讨高阶高斯光束携带没有内禀轨道角动量。实际上，由于其横向强度分布的方位角旋转，SOI对这种结构化光束的影响可以直接可视化-我们称之为旋转霍尔效应的现象。在本文中，我们表明，对于一个输入的圆偏振（右/左）$HG_{10}$模式，SOI导致一个显着的方位角旋转的横向强度分布的正交圆偏振（左/右）分量，和横向分量的纵向场强度相对于输入强度分布。通过将圆偏振的$HG_{10}$光束在光镊结构中聚焦，并在光镊输出端投射出相反的圆偏振分量和纵向场强的横向分量，验证了理论和数值模拟的实验结果.我们还测量了作为紧聚焦光的路径中的折射率对比度的函数的旋转移位，并且通常观察到成比例的增加。在这些情况下，增强的自旋-轨道转换可能会导致有趣的应用在诱导复杂的动力学在光学捕获的双折射粒子使用高阶高斯光束没有固有的轨道角动量。
2021-06-10 physics.optics
Ultrafast viscosity measurement with ballistic optical tweezers
粘度是非平衡系统的重要性质，例如活性生物材料和驱动的非牛顿流体，并且用于从生物材料到地质学、能源技术和医学的领域。然而，非侵入式粘度测量通常需要秒的积分时间。在这里，我们展示了四个数量级的速度提高，下降到20微秒，与不确定性为主的基本热噪声的第一次。我们利用光镊中捕获粒子的瞬时速度来实现这一点。为了解决瞬时速度，我们开发了一个结构光检测系统，允许粒子跟踪兆赫带宽。我们的研究结果翻译的粘度从静态平均属性，一个可以动态跟踪的时间尺度上的主动动态。这为在非平衡系统中的新发现开辟了一条道路，从相变的快速动力学，到马达分子步进中的能量耗散，再到违反平衡热力学的波动定律。
2020-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ins-det
Photonic Crystal Optical Tweezers
粒子的非侵入性光学操纵已经成为生物学研究和纳米技术的一种强大而通用的工具。特别地，细胞、细胞核和亚微米颗粒的捕获和旋转使得能够实现用于各种应用的独特功能，例如组织工程、癌症研究和纳米纤维。我们提出并证明了一种纯光学的方法来旋转和排列粒子使用偏振光与光子晶体纳米结构的相互作用，以产生增强的捕获力。用弱聚焦的激光束，我们观察到有效的捕获和运输的聚苯乙烯珠的大小范围从10微米到190纳米以及癌细胞核。此外，我们证明了使用1-D光子晶体结构的非球形粒子的排列。在低至17 uW/um ^2的光强度下捕获、旋转并排列细菌细胞。利用时域有限差分法（FDTD）模拟了光子晶体纳米结构上方的近场和远场，揭示了观测结果的来源。这种方法可以扩展到使用2-D光子晶体纳米结构进行完全旋转控制。
2009-12-26 physics.ins-det physics.optics
Multi-mode fiber enabled multi-wavelength optical trapping and dynamic manipulation
Nanophotonics Research Centre, Institute of Microscale Optoelectronics & State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration（纳米光子学研究中心，微纳光电子研究所与射频异质集成国家重点实验室）
该研究提出并实验验证了一种集成端面微透镜的全多模光纤光镊系统，可实现多波长下细胞的稳定捕获与轴向动态操控，为光纤生物光子平台提供了新方案。
2026-07-31 physics.optics
A revision of the forces exerted in the Rayleigh regime by a tighlty focused optical vortex tweezer
本研究针对傍轴紧聚焦光镊理论忽略纵向电磁场的问题，在瑞利区修正了圆偏振光学涡旋光镊的辐射压力计算，揭示了纵向场对力分量大小及SAM-OAM耦合项的影响。
2023-11-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Stimulated Brillouin scattering in chiral photonic crystal fiber
受激布里渊散射（SBS）在传感、微波光子学和信号处理等领域有着广泛的应用。本文首次报道了手性光子晶体光纤中受激布里渊散射的实验研究。结果，圆偏振泵浦光被干净地反向散射成具有正交圆偏振态的斯托克斯信号，这是角动量守恒所要求的。相比之下，无扭曲PCF产生的斯托克斯信号具有不可预测的偏振态，由于其对外部扰动的高灵敏度。利用手征光子晶体光纤实现了圆偏振连续布里渊激光器。这些结果为新一代稳定的圆偏振SBS系统在量子操纵、光镊、光陀螺和光纤传感器等方面的应用铺平了道路。
2021-11-09 physics.optics
Optical manipulation with metamaterial structures
本文综述了超构光镊领域的最新进展，指出超材料结构可优化粒子操控并产生特殊光学力，还能实现光驱动超构机器人，并展望了该领域未来发展方向。
2022-04-06 physics.app-ph physics.optics
Optically assisted diffusophoretic tweezers using resonant plasmonic bowtie nano-antennas
本文提出一种结合耗尽吸引力与光热效应的混合方法，利用PEG分子热泳耗尽产生的浓度梯度与扩散泳力协同作用，在2.5 mW极低功率下实现100 nm粒子的稳定捕获与二维操控。
2023-08-04 physics.app-ph physics.optics
Femtosecond laser-assisted selective holding with ultra-low power for direct manipulation of biological specimens
针对传统高功率连续波光镊易损伤生物样本的问题，提出飞秒激光辅助超低功率选择性捕获技术FLASH-UP，其捕获刚度为连续波光镊的5倍、可低光强工作且不影响致病菌细胞运动性，助力多种生物医学应用。
2024-01-12 physics.bio-ph physics.optics
Depolarization diagrams for circularly polarized light scattering for biological particle monitoring
本文利用Monte Carlo模拟研究了圆偏振光退偏振强度与粒子尺寸和波长的相关性，生成了退偏振图，为血细胞监测、早期胚胎发生及抗原-抗体相互作用等生物粒子监测方法提供了可行性依据。
2024-06-04 physics.med-ph 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
Selective Tweezing and Immobilization of Colloids for Dexterous Manipulation of Biological Materials
本文提出STIC平台，结合光镊与双光子聚合，利用高重复频率飞秒激光在低于TPP阈值下实现胶体三维选择性捕获与固定，并应用于细菌细胞图案化和三维微结构制造，展示了其在组织工程与微生物研究中的潜力。
2025-03-05 physics.bio-ph physics.optics
Optical forces and torques in non-uniform beams of light
椭圆偏振光束中的自旋角动量在光阱中起着几个值得注意的作用。它对非均匀光束中的线动量密度有贡献，从而对施加在被照射物体上的辐射压力有贡献。它可以转换成轨道角动量，因此即使在光学各向同性物体上也可以施加扭矩。此外，它的旋度对力和力矩都有贡献，而没有自旋到轨道的转换。我们通过跟踪椭圆偏振光镊中扩散的胶体球来实验证明这些效应。一簇一簇的球体围绕着光束的轴线确定性地旋转。相比之下，一个单一的球体，经历随机布朗涡旋循环，映射出光学力场。
2011-12-19 cond-mat.soft 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
Spin-based magnetic detection of optically trapped single cell in microfluidic channel
Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本文提出一种结合量子磁力计与光学镊子的磁学检测方法，用于高精度单细胞分析，能有效克服生物组织中的荧光检测挑战。
2026-04-05 physics.optics quant-ph
Auxiliary Optomechanical Tools for 3D Cell Manipulation
激光和光电技术的进步使光机械操纵的一般概念达到了标准生物物理工具的水平，为受控实验和微小机械力的测量铺平了道路。直接激光写入（DLW）的最新发展使新型微米级光机械工具得以实现，能够执行指定功能。在这里，我们进一步发展DLW制造的光机械驱动工具的概念，并展示了生物物体的全3D操作能力。特别是，我们解决了一个长期存在的纯液体中的平面外旋转问题，该问题在一个活细胞上得到了证明，该细胞夹在一对叉子之间，旨在用全息光镊进行有效操作。所展示的概念为实现灵活的工具铺平了新的道路，这些工具用于在生物对象上执行按需功能，例如细胞断层扫描和手术。
2021-06-29 physics.bio-ph physics.optics
Polarized Electromagnetic Radiation from Spatially Correlated Sources
我们考虑极化电磁辐射源的空间相关性的影响。假定为单色的源由沿着一条线排列的偶极子构成，使得它们的方向与它们的位置相关。在一个代表性示例中，偶极子取向由角度变量的标准冯米塞斯分布的一般化形式规定，使得偶极子的方位角与它们的位置相关。在另一个实例中，偶极矢量的尖端追踪围绕源的对称轴的螺旋，从而对DNA分子进行建模。我们研究了这种光源在辐射区中辐射的偏振特性。对于一定范围的参数，我们发现一个相当惊人的角度依赖性的偏振。这可能在某些生物系统以及天体物理学来源中找到有用的应用。
2000-02-28 physics.optics
Generation of arbitrary radially polarized array beams by modulating the correlation structure
我们展示了一个方便的方法，同时操纵光束的振幅和偏振的相关结构的调制装置。作为说明，我们构建了一个周期性的相关结构，可以产生任意径向偏振阵列（RPA）光束的径向或矩形对称阵列在焦平面上从径向偏振（RP）光束。导出了这种源的物理实现条件和远场波束条件。结果表明，初始相关结构和相干宽度可以有效地控制小光束的形状和偏振态。此外，通过设计源关联结构，实现了可调谐的OK形RPA光束和光学笼，可广泛应用于粒子和生物活细胞的无损操纵。相关结构设计的任意性促使我们寻找更方便的方法来控制光束的振幅和偏振统计。
2016-07-02 physics.optics
Cell Reproduction in a Dark Optical Trap
Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro（里约热内卢天主教大学）；Centro Nacional de Ressonância Magnética Nuclear, Departamento de Bioquímica Médica, ICB/CCS/UFRJ（里约热内卢联邦大学生物医学化学系国家核磁共振中心）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）
本研究利用暗光阱在排斥区稳定捕获活酵母细胞数小时，避免光损伤，实现长时间观察细胞繁殖。
2026-09-09 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Spin- and orbital-Hall effect in cyclic group symmetric metasurface
光具有自旋和轨道角动量（AM）。而自旋AM由圆偏振的螺旋度决定，轨道AM由涡旋光束的拓扑荷决定。AM与光束轨道的相互作用产生光学自旋霍尔效应或轨道霍尔效应，表现为光束的自旋相关或拓扑电荷相关的横向位移。AM的守恒使得能够实现自旋到轨道AM转换，其中圆偏振高斯光束被转换为具有拓扑电荷$\pm 2$的相反螺旋度圆偏振涡旋光束，这是通过自旋翻转控制空间光束轮廓的示例。然而，所得到的涡旋光束具有光束重心不变，与入射高斯光束相同，意味着零横向位移。在这里，我们介绍了一个循环群对称的超颖表面演示涡旋光束的产生表现出自旋相关的横向位移，即自旋和轨道霍尔效应，归因于根据循环群的顺序$n$的散射光束的动力学相位的改变，同时保持几何相位常数。通过自旋和轨道霍尔效应产生横向位移的自旋控制空间光束轮廓的能力对于利用轨道AM模分复用的光通信中的空间解复用以及对于涉及涡旋光束的光涡旋镊子和信号处理具有重要意义。
2016-08-17 physics.optics
Calculation and optical measurement of laser trapping forces on non-spherical particles
光学捕获，其中微观粒子被捕获并通过光进行操纵，是一种强大且广泛的技术，其中单光束梯度阱（也称为光镊）用于大量生物和其他应用。作用在被捕获粒子上的力和扭矩是由从捕获光束到粒子的动量和角动量的转移引起的。尽管激光阱看起来很简单，在单个光束中有单个粒子，但精确计算作用在粒子上的光学力和扭矩是困难的。可以使用近似方法进行计算，但仅适用于其有效范围内，例如对于比捕获波长大得多或小得多的粒子，以及对于球形各向同性粒子。这留下了不幸的差距，因为波长尺度粒子具有很大的实际意义，因为它们容易且强烈地被捕获并用于探测有趣的微观和宏观现象，以及非球形或各向异性粒子，生物，晶体或其他，由于它们在自然界中频繁出现，以及旋转这些物体或控制或感测它们的取向的可能性。电磁散射理论的系统应用可以提供激光俘获的一般理论，弥补现有理论的不足。我们在这里提出的力和扭矩的计算从这个理论得到的捕获粒子和讨论可能的应用，包括力和扭矩的光学测量。
2003-08-29 physics.optics
Optical chiral microrobot for out-of-plane rotation
本文提出一种基于手性结构的光学微型机器人，利用光镊实现可靠的全周期面外旋转，并通过有限元分析和实验验证其单向高光扭矩及多种驱动模式，为复杂微操作任务提供支持。
2025-07-07 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
Euler buckling in red blood cells: An optically driven biological micromotor
我们研究了生物起源的光驱动微电机的物理特性。一个活的红细胞，当被放置在光学陷阱中时，会折叠成杆状。如果捕获激光束是圆偏振的，则折叠的RBC旋转。基于屈曲不稳定性概念的模型捕捉到了折叠现象;使用庞加莱球可以简单地理解细胞的旋转。我们的模型预测，（i）在临界强度的捕获光束的RBC形状经历大的波动和（ii）扭矩是成比例的激光束的强度。这些预测已经过实验检验。我们提出了一个可能的机制出现的双折射性质的红细胞在折叠状态。
2005-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.optics
Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles
通过将角动量从光转移到材料，吸收微观粒子的光致旋转提高了光学驱动微机械的可能性。利用椭圆偏振激光束或具有螺旋相位结构的光束观察到了这种现象。但是，由于过热和不必要的轴向力，在这样的实验中很难开发高功率，将可实现的旋转速率限制在几赫兹。这个问题原则上可以通过使用透明粒子来克服，通过Beth在1936年首次观察到的机制来转移角动量，当时他报告了由于透射光的偏振变化而在石英波片中产生的微小扭矩。在这里，我们表明，光扭矩可以诱导微观双折射方解石颗粒举行的光镊。根据入射光束的偏振，粒子要么与偏振平面对齐（因此可以旋转指定的角度），要么以恒定的旋转频率旋转。由于这些微观粒子是透明的，它们可以在非常高的功率下保持在三维光阱中而无需加热。我们已经观察到超过350赫兹的旋转速率。
2003-08-29 physics.optics
Leveraging Optical Anisotropy of the Morpho Butterfly Wing for Quantitative, Stain-Free, and Contact-Free Assessment of Biological Tissue Microstructures
该研究利用大闪蝶翅膀的光学各向异性，开发了免标记且非接触的Morpho增强偏振光显微镜（MorE-PoL）及基于琼斯计算的数学模型，实现了对纤维状生物组织微结构密度的定量分析，在乳腺癌组织检测中表现出稳健性与广泛应用潜力。
2024-05-30 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
