Design strategies for optimizing holographic optical tweezers setups
我们提供了一个系统的全息光镊结构的详细说明。虽然有很多关于其他光学捕获配置的设计、对准和校准的信息，但基于全息术的光学捕获配置的描述相对较少。在设置中包含一个空间光调制器会产生特定的设计权衡和约束，并且系统受益于我们讨论的特定优化策略。
2007-06-18 physics.bio-ph physics.optics
Towards absolute calibration of optical tweezers
针对光镊的绝对力标定问题，在对现有理论模型进行评述的基础上，提出并验证了考虑玻璃/水界面球差的Mie-Debye-Spherical Aberration（MDSA）理论的结果。这个第一原理理论完全是根据实验可获得的参数（不可调节）来制定的。仔细的实验测试的MDSA理论，在两个实验室进行，具有非常不同的设置，描述。给出了一个详细的描述所采用的程序来测量激光束腰，本地光束功率在透明的微球被镊子，微球半径和陷阱的横向刚度，作为半径和高度的函数（倒置显微镜）样品室。我们发现，对于从Rayleigh域到大半径的宽尺寸范围（包括实践中最常使用的值）以及不同的腔室高度（无论是客观的过度填充还是填充不足），我们通常与MDSA理论预测非常一致。结果渐近接近几何光学的平均尺寸区间，因为他们应该，这已经发生的尺寸参数不大于1。MDSA预测的捕获阈值，刚度峰的位置，刚度随高度的变化，多个平衡点和“跳跃”的影响，其中进行了验证。剩余的差异归因于焦点退化，可能是由红外线中的物镜像差引起的，尚未包括在MDSA理论中。
2006-12-30 physics.bio-ph 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
Comparing Femtosecond Optical Tweezers with Conventional CW Optical Tweezers
本研究通过可切换模式的Ti:Sapphire激光器，对比不同功率下连续波与飞秒脉冲光镊对不同尺寸聚苯乙烯微球的捕获性能，发现脉冲光镊在小颗粒及高功率场景下稳定捕获效果更优。
2024-08-19 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
Computational toolbox for optical tweezers in geometrical optics
光镊在从物理学到生物学的许多领域都有着广泛的应用。在这里，我们详细解释如何光学力和扭矩可以描述内的几何光学近似，我们表明，这种近似提供了可靠的结果与实验的粒子的特征尺寸大于波长的捕获光。此外，我们提供了一个面向对象的软件包在MatLab中实现的光学力和力矩的计算在几何光学制度：\texttt{OTGO - Optical Tweezers in Geometrical Optics}。我们提供\texttt{OTGO}的所有源代码以及文档和代码示例--例如，标准光镊、带细长粒子的光镊、风车效应、两个光阱之间的Kramers跃迁--这些都是使用户能够在研究和教学中有效使用它所必需的。
2014-02-21 physics.optics
Single and dual fiber nano-tip optical tweezers: trapping and analysis
研制了一种新颖的利用一个或两个化学腐蚀光纤纳米针尖的光镊。我们演示了1微米的聚苯乙烯球在光功率下降到2毫瓦的光陷阱。通过分析囚禁粒子的位置涨落，发现了双光纤光镊中的谐波囚禁势。使用三种不同的模型推导了陷阱刚度。一致的值高达1 fN/nm. The刚度线性下降，降低光强度和增加光纤尖端到尖端的距离。
2013-12-06 physics.optics
A Step-by-step Guide to the Realisation of Advanced Optical Tweezers
本研究针对高级光学操控系统的构建需求，提供分步指南，依次介绍自制显微镜上单光束光镊的搭建校准、全息光镊的改进实现及散斑光镊的部署方法。
2015-01-30 physics.optics
Mie scattering eigenmodes for optical trapping
米氏散射理论能够精确地确定作为入射场的函数的散射场。在这里，我们使用这种方法来计算入射场和作用在散射物体上的光学力之间的厄米关系。这种厄米关系也定义了一组正交的光学本征模，提供了一个自然的基础来描述光-物质相互作用中的动量传递。
2017-04-28 physics.optics
An approach for improving the distorted structured light in holographic optical tweezers
针对全息光镊中结构光易畸变导致操控性能下降的问题，本研究通过理论分析、数值模拟与实验测量验证畸变规律，并提出一种有效校正结构光畸变的方法，为提升光镊操控性能提供了途径。
2025-02-11 physics.optics
Near-field enhanced optical tweezers utilizing femtosecond-laser nanostructured substrates
我们目前的实验证据等离子体增强的光镊，聚苯乙烯珠在去离子水附近的金属涂层的纳米结构。光镊使用连续波（CW）近红外激光器工作。我们采用了Cu/Au双层，显着提高了由捕获激光束所产生的热量的耗散，并避免从热对流中脱陷。我们调查的光学捕获力的改善，有效的捕获品质因数，并观察到指数距离依赖的捕获力从纳米结构，预期从倏逝等离子体场。
2015-11-18 physics.optics
Modelling Optomechanical Responses in Optical Tweezers Beyond Paraxial Limits
本文提出利用三维捕获光数值解精确模拟光镊并预测光力学参数，通过控制数值孔径和测量振荡频率验证方法准确性，为悬浮动力学中的光镊表征提供通用工具。
2024-11-18 physics.optics
Tutorial on the analytical calculation of optical forces on spherical particles in optical tweezers
阿瑟·阿什金因发明光镊而获得2018年诺贝尔物理学奖。自1986年首次发表以来，光镊已被用作测量微观系统的力和流变特性的工具。对于这些测量的校准，力的知识是基本的。然而，它仍然是常见的推断光学力从假设的基础上的颗粒尺寸相对于捕获激光波长。这表明有必要开发一个完整和准确的电磁模型，不依赖于早期的近似力模型。此外，我们开发的模型有几个优点，如形态依赖的共振，大球体的尺寸依赖性，以及较小颗粒的多极效应，仅举几例。在本教程中，我们将回顾和讨论光镊中光学力的物理建模，光学力是由捕获光束施加在任何大小和组成的球体上的合力。
2019-04-23 physics.optics
Optical nanofiber integrated into an optical tweezers for particle manipulation and in-situ fiber probing
颗粒定位的精确控制在许多光学推进和分选应用中是期望的。在这里，我们开发了一个集成的平台，粒子操作组成的组合光学微镜和光镊系统。使用光镊在任意点处将单独的二氧化硅微球引入到光纤中，从而在光纤传输中产生明显的下降。我们表明，这种一致的和可逆的传输调制取决于颗粒和纤维的直径，并可作为一个参考点，用于在原位的结晶或粒度测量。因此，我们将SEM尺寸测量与透射率数据相结合，为基于颗粒的纤维评估提供校准。我们还演示了如何光镊可以用来创建一个粒子射流饲料供应的微球的表面，形成一个粒子输送带。这种集成的光学平台提供了一种选择性的倏逝场操纵微米级粒子的方法，并促进了光学结合和光粒子相互作用动力学的研究。
2014-07-22 physics.optics
Optical nanofibre integrated into an optical tweezers for particle manipulation, in situ fibre probing, and optical binding studies
颗粒定位的精确控制在许多光学推进和分选应用中是期望的。在这里，我们开发了一个集成的粒子操纵平台，包括一个组合的光学纳米纤维和光镊系统。个别二氧化硅微球被引入到纳米纤维在任意点使用的光镊，从而产生明显的下降的纤维传输。我们表明，这种一致的和可逆的传输调制取决于颗粒和纤维的直径，并可以用作原位纳米纤维或粒度测量的参考点。因此，我们结合扫描电子显微镜（SEM）尺寸测量与纳米纤维传输数据，以提供基于颗粒的纤维评估校准。这种集成的光学平台提供了一种选择性的倏逝场操纵微米级粒子的方法，并促进了光学结合和光粒子相互作用动力学的研究。
2015-06-05 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
Sagnac Interferometer Enhanced Particle Tracking in Optical Tweezers
提出了一种通过使用嵌入在Sagnac干涉仪内的光镊来增强对非常小的颗粒的跟踪的装置。可实现的信噪比被证明是一个标准的光镊设置增强。增强因子随着干涉仪的可见度接近100%而渐近地增加，但是在由捕获场强度与检测器饱和阈值的比率给出的最大值处被封顶。对于可实现的99%的可见度，信噪比提高了200倍，并且最小可跟踪颗粒尺寸比没有干涉仪的情况下小2.4倍。
2010-06-04 physics.optics
Mie scattering of Laguerre-Gaussian beams: photonic nanojets and near-field optical vortices
研究了用远场匹配方法重构的拉盖尔-高斯（LG）光束的米氏散射。理论结果被用来分析纯方位角LG光束的近场区域的光场，其特征在于一个非零的方位角模式数$m_{LG}$。发现模式数$m_{LG}$对光子纳米射流的形态和与电场分量相关的光学涡旋的近场结构具有深远的影响。
2014-01-29 physics.optics
Giant enhancement and sign inversion of optical Kerr nonlinearity in random high index nanocomposites near Mie resonances
高折射率介质纳米天线在米氏型共振激发下表现出极大的光学非线性增强。这种纳米结构在过去的几年里一直受到研究人员的积极研究。本文首次对高折射率（GaP）球纳米复合材料在532 nm波长处的光学克尔效应进行了数值分析研究。这是通过三维时域有限差分（FDTD）模拟。计算了$0.8$ ~ $μ$ m厚纳米复合材料和超表面的有效非线性折射率。结果表明，纳米复合材料的光学克尔非线性上升的订单接近米氏共振，并可能超过二阶折射率的散装材料。结果表明，在Mie共振附近，有效光学克尔系数的符号是相反的。这种效应可能是在开发非线性光学元器件的兴趣。
2020-07-09 physics.optics
Optical lock-in particle tracking in optical tweezers
我们展示了一种基于照明光场频闪调制的光镊中的锁定粒子跟踪方案。发现该方案避开低频噪声源，同时以其他方式产生与连续测量等效的位置测量。这被证明，并且发现在10-5000 Hz的频率范围内产生平均20 dB的噪声抑制，其中低频激光噪声和电子噪声是显著的，并且在550-710 kHz的范围内产生35 dB的噪声抑制，其中激光弛豫振荡引入激光噪声。设置简单，并与任何捕获光学器件兼容。
2013-01-25 physics.optics
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
Orientation of biological cells using plane-polarized Gaussian beam optical tweezers
光镊被广泛应用于细胞及其内部结构的操纵。然而，操作的可能程度受到对捕获细胞的取向的不良控制的限制。我们表明，它是可能的可控地对齐或旋转盘形细胞-菠菜叶绿体-在平面偏振高斯光束陷阱，使用光学扭矩主要是从圆偏振引起的透射光束中的非球形形状的细胞。
2003-08-28 physics.optics
Tunable phase-gradient-based optical tweezers
传统的光镊是由高聚焦激光束的强度梯度产生的，但对强强度梯度的要求限制了光阱的可调谐性。在这里，我们展示了一种新型的光镊与可调势阱通过操纵光的相位梯度。用一种新的方法计算全息图，可以设计出理想的位相分布和光强分布。由相位梯度产生的光学力产生了可调的势阱，用于多功能的光学操作，例如在花生形光斑中捕获纳米颗粒，以及在我们的实验中证明的光学齿轮中定位和移动纳米颗粒。基于相位梯度的光镊具有设计灵活、易于控制等优点，为光阱和光操控开辟了一条新的途径。
2019-11-30 physics.ins-det physics.optics
Measurement of the total optical angular momentum transfer in optical tweezers
我们描述了一种方法来确定总的角动量，自旋和轨道，转移到一个粒子被困在光镊。例如，具有不同圆偏振度的激光束的LG02模式用于捕获和旋转具有明确定义的几何形状的细长颗粒。该方法成功地估计了施加到颗粒的总光学扭矩。对于这种技术，不需要测量颗粒上的粘性阻力，因为它是一种光学测量。因此，不需要了解颗粒的尺寸和形状以及流体的粘度。
2006-07-24 physics.optics
Optical Tweezers with AC Dielectric Levitation: A Powerful Approach to Microparticle Manipulation
本文提出交流介电悬浮与光镊结合的多物理场方法，以克服吸附力限制，实现大尺寸微粒和细胞的低损伤操控。
2024-11-21 physics.optics
Manipulating Gradient Forces on Optical Tweezers using Bessel Beams
本文讨论了如何通过改变不同阶数的叠加贝塞尔光束的强度来改变光镊中捕获粒子的稳定平衡。确定了作用在不同半径的粒子上的梯度力，理论结果表明，可以将贝塞尔光束以这样的方式组合，即通过利用其环形强度图案来操纵粒子进入或离开光束的中心，而无需激光器的任何机械位移。
2010-07-28 physics.optics
Optical tweezers: wideband microrheology
微观流变学是流变学的一个分支，其原理与传统的整体流变学相同，但工作在微米长度尺度和微升体积上。光镊已经成功地用于牛顿流体的流变学目的，如确定流体粘度。相反，当使用光镊测量复杂流体的粘弹性时，结果要么局限于材料的高频响应，丢弃与低频行为相关的重要信息，要么通过使用不同技术进行的低频测量来补充，通常不会在结果集之间呈现明显一致的重叠区域。我们提出了一个简单的实验程序进行微观流变测量在最宽的频率范围内可能与光镊。一个广义朗之万方程是用来与频率相关的模量的复杂流体的探针粒子的时间依赖性的轨迹，因为它翻转之间的两个光学陷阱，交替打开和关闭。
2010-05-09 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
Enhancing Near-Field Optical Tweezers by Spin-to-Orbital Angular Momentum Conversion
光的近场图案提供了一种在纳米光子学、微生物学和纳米技术中的各种应用中光学捕获、递送和分选单个纳米级颗粒的方法。利用严格的电磁场理论，研究了携带自旋和轨道角动量的近场光镊的作用力和捕获性能。假设捕获场是由全内反射显微镜物镜在玻璃-水界面处产生的，其中大部分透射光是瞬逝的。我们发现这些镊子的新方面，包括旋转和稳定捕获纳米级珠子的可能性。更重要的是，我们表明，在近场条件下，自旋和轨道角动量的贡献的小粒子的旋转几乎是相等的，打开的可能性，相互抵消时，他们有相反的符号。我们表明，这些条件导致最佳的光阱，产生非常有效的光镊nanomipulation，具有圆对称性和相对较弱的旋转。
2022-05-31 physics.optics
Optical eigenmodes in plane arrays of cylindrical waveguides. Analysis by means of multiple Mie scattering formalism and phenomenological model
本文研究了平行圆柱波导的平面周期性阵列，它们之间存在倏逝波耦合。提出了一种基于多重Mie散射理论计算等熵曲线的新方法。并与唯象模型进行了比较。通过MMSF的唯象模型的推导进行。导出了唯象模型中传播常数和耦合常数等参数的计算公式。
2013-02-05 physics.optics
Visual guide to optical tweezers
常见的是引入光学镊子，对于大颗粒使用几何光学或对于非常小的颗粒使用瑞利近似。这些方法成功地传达了光镊背后的关键思想。然而，它们不足以模拟中等尺寸的颗粒和具有小特征的大颗粒。为此，一个完整的领域的方法提供了更深入的了解机制涉及的陷阱。在过去的十年中，计算能力的进步导致了对光镊更好的建模和理解。以前难以通过计算建模的问题现在可以在现代系统上使用各种方法来解决。计算能力的这些进步使整个场的解决方案得以可视化，从而增加了对各种场景中的场和行为的理解。在本文中，我们描述了使用时域有限差分法计算的全场模拟的光镊操作。我们使用这些模拟来直观地说明各种情况下相关的光镊，从光镊的基本操作，工程粒子和倏逝场。
2017-08-15 physics.comp-ph physics.optics
Deep Learning for Optical Tweezers
University of Gothenburg（哥德堡大学）
本文探讨了深度学习在光学镊子设计、校准和实时控制中的应用，以及其在提升光学镊子性能方面的优势和未来发展方向。
2024-01-04 physics.ins-det physics.optics
Design of a wavelength-tunable optical tweezer using a graded-index multimode optical fiber
提出了一种基于渐变折射率多模光纤（GIMF）的平端面波长可调谐光纤光镊（OFT）。结果表明，该设计可以支持一个捕获的位置，这是远离GIMF的尖端相比，其他常见的光学镊子的方法，从而减少了被捕获的颗粒和光纤尖端之间的接触的可能性。此外，由于GIMF设计参数（诸如数值孔径（NA））的波长依赖性，捕获位置可以变得依赖于波长。因此，可以使用普通波长可调谐激光器在长范围内调谐捕获位置。所提出的OFT不同于以前的基于光纤的演示，通过使用平坦端面光纤，使得制造和实验比以前提出的锥形端面OFT更容易。
2016-11-07 physics.optics
Colloidal transport in twisted lattices of optical tweezers
Universität Bayreuth（拜罗伊特大学）
研究光学镊子扭曲晶格中胶体粒子输运机制，通过模拟静态驱动力和光学势作用，揭示魔法角度下平流通道形成与输运增强现象。
2022-05-24 cond-mat.soft physics.optics
Multifunctional all-dielectric nano-optical systems using collective multipole Mie resonances: Towards on-chip integrated nanophotonics
我们提出了一种分析的光学响应的一类芯片上集成的纳米光子系统，包括全电介质构建块为基础的多功能光操纵单元（LMU）集成量子点（QD）光源。使用构成单个结构单元LMU的电介质构建块（DBB）的偶极和高阶多极模式的集体Mie共振同时实现多个功能（诸如聚焦激发光、QD发射速率增强、光子引导和无损传播）。使用基于Mie理论的解析公式，我们证明了激发光的增强，同时从与基于DBB的LMU集成的QD发射器发射的光的引导和传播。量子点DBB集成结构可以作为构建经典和量子领域光信息处理纳米光学有源电路的基本元件。
2016-07-29 physics.optics
Tweezers controlled resonator
本文提出用光镊捕获微液滴并靠近锥形光纤耦合器构成可调谐微谐振器，实现从欠耦合到临界耦合的调谐，获得1200万的光学Q值。
2015-08-20 physics.optics
Optical Tweezers: A Comprehensive Tutorial from Calibration to Applications
自1986年Arthur Ashkin及其同事发明以来，光镊已成为物理学、光谱学、生物学、纳米技术和热力学等多个领域的重要工具。在这篇文章中，我们提供了如何校准光镊以及如何将其用于高级应用的入门。在对光镊作了简要的介绍后，我们着重描述和比较了各种可用的校准技术。然后，我们讨论了光镊在液体介质中的一些前沿应用，即研究单分子和单细胞力学，微观流变学，胶体相互作用，统计物理和输运现象。最后，我们考虑在真空中的光镊，其中没有粘性介质提供了非常不同的动力学，并提出了新的挑战。最后，我们展望了光镊的应用前景。这本书既为非专业人士进入该领域提供了一个循序渐进的指导，也为专业从业人员提供了一个全面的先进技术手册。所有的例子都有样本数据和复制它们所需的软件作为补充。
2020-04-10 cond-mat.soft physics.optics
A computational tool to characterize particle tracking measurements in optical tweezers
在这里，我们提出了一个计算工具的光镊，计算粒子跟踪信号测量的象限探测器和散粒噪声限制的位置分辨率。该工具是一段Matlab代码，在免费提供的Optical Tweezers中运行。它允许在大多数光镊实验中进行的测量在理论上以快速和简单的方式进行表征。该代码支持任意大小的粒子，任何光场以及物镜和聚光镜的任何组合，并执行相关场的全矢量计算。示例计算示出了不同颗粒的跟踪信号，和散粒噪声限制位置灵敏度作为有效电容NA的函数。
2021-05-26 physics.ins-det physics.optics
Mie scattering and optical forces from evanescent fields: A complex-angle approach
米氏理论是描述球形粒子对传播电磁波散射的主要工具之一。倏逝光场也被粒子散射并施加辐射力，其可用于光学近场操纵。我们表明，米氏理论可以很自然地通过旋转的标准解决方案，由一个复杂的角度的倏逝波的散射。这为散射场和辐射力的计算提供了一个简单而有力的工具。与其他更繁琐的方法进行比较，结果显示完全一致，从而验证了我们的理论。作为其应用的例子，我们计算的散射远场辐照度和辐射力的角分布的介质和导电粒子沉浸在倏逝场。
2013-02-08 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
Tuning the Stiffness Asymmetry of Optical Tweezers via Polarization Control
利用高度聚焦的线偏振激光束的光镊具有很强的陷阱刚度不对称性，这源于横向平面中的各向异性场分布。在前人对偏振相关聚焦场分布研究的基础上，我们从光阱刚度不对称性的角度探讨了其在光阱中的表现。我们的研究结果表明，偏振控制提供了一个多功能的调谐旋钮剪裁光学势景观，即使在一个强烈修改的情况下，在存在的介质球大于陷阱光束的波长的聚焦场。
2015-11-26 physics.optics
Polaritonic spectra of optical Mie voids
针对极化激元研究对高性能光学腔的需求，该工作理论研究了Mie球形空腔的谐振特性与极化激元光谱，推导其$Q$因子解析表达式，明确强弱光-物质耦合的参数范围，为新型极化激元系统设计提供支撑。
2025-10-06 physics.optics
Circular displacement current induced anomalous magneto-optical effects in high index Mie resonators
介电米氏纳米谐振器在纳米尺度上表现出强烈的光-物质相互作用，可能使光子器件具有新的功能。近年来，在磁光纳米光子器件中，由于电磁场的局域化，人们观察到了很强的磁光效应。然而，迄今为止，大多数报道都集中在常规磁光效应的增强上。本文报道了在高折射率对比度Si/Ce：YIG/YIG/SiO2 Mie谐振腔中观察到的圆形位移电流引起的反常磁光效应。特别地，在s偏振入射下，横磁结构中出现了高达6.4%的光强巨调制，这在平面磁光薄膜中是不存在的。此外，我们观察到一个大的旋转的透射光偏振的纵向磁配置在近垂直入射条件下，这是两个数量级高于平面磁光薄膜。这些现象的本质是由于Mie谐振器中激发磁共振模式时产生的独特的圆形位移电流局部改变了入射电场方向。我们的工作表明，光偏振控制的基础上的全介质磁光Mie谐振器和超颖表面的复杂模式配置文件的一个未知的领域，打开了大门，通过磁化的各种应用在矢量磁场和生物传感，自由空间非互易光子器件，磁光成像和光磁存储器的光传播的通用控制。
2021-08-02 physics.optics
Electronic control of optical tweezers using space-time-wavelength mapping
我们提出了一种新的方法，通过使用空间-时间-波长映射（STWM），一种技术，使用时域调制来控制局部强度值，从而产生的光学力，在空间中的电子控制的光镊。所提出的技术能够直接控制由洛伦兹力（梯度力）产生的力热点的大小、位置和极性。在本文中，我们开发了一个分析配方的建议STWM技术的光镊。在这里介绍的案例研究中，我们表明，150 fs的光脉冲在时间和空间上分散，以实现一个聚焦的椭圆光束，是~20 μm长，~2 μm宽。通过选择适当的RF波形和电光调制器，我们可以产生多个热点，每个脉冲的力>200 pN。
2015-10-07 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
Transfer of a levitating nanoparticle between optical tweezers
我们演示和表征的两个光镊之间的悬浮二氧化硅纳米球的转移，在低压下。两个光阱都安装在光纤的头上，并放置在真空室中的平移台上。我们的设置允许从实验室中物理分离粒子加载环境，其中第二个镊子可以将粒子定位在高精细度光学腔内。该分离防止在颗粒加载阶段期间损坏腔镜和腔室清洁度。我们的系统提供了一个非常可靠的和简单的可重复的协议，准备腔光学力学实验与悬浮纳米粒子，开辟了道路，系统的量子现象的研究和简化实现的传感设备。
2020-08-07 physics.optics quant-ph
Optical tweezers with optical vortex based on deep learning
本文提出双向神经网络，用于光学涡旋光镊的光学力、粒子轨迹分析及按需逆向设计，以高准确率和显著提速支持灵活光学操控。
2024-12-04 physics.optics
Direct observation of the effects of spin dependent momentum of light in optical tweezers
我们证明了圆偏振高斯光束在光镊中的紧聚焦导致自旋动量锁定-横向自旋角动量密度与螺旋度无关，而横向动量（坡印廷矢量）则与螺旋度有关。我们的理论计算，数值模拟和实验表明，分层介质的存在下，在捕获光束的路径中显着提高了横向动量的大小在径向方向上相对于光束轴，同样，也导致高离轴强度。这种重叠使我们能够实验观察到的双折射粒子的圆周运动，被困离轴，在响应于输入的圆偏振基本高斯光束携带没有固有的轨道角动量。圆周运动取决于输入光束的螺旋度，因此我们可以将其识别为在我们的光镊装置中获得的传播光束中的难以捉摸的贝林凡特自旋的签名。我们的工作可以扩展到高阶光束携带固有轨道角动量导致简单的路线实现复杂的粒子操纵使用光镊。
2020-04-08 physics.optics
In-plane subwavelength near field optical capsule for lab-on-a-chip optical nano-tweezer
在这封信中，我们提出了一个新的概念验证的光学纳米镊子的基础上，一对介电矩形棒能够产生一类新的控制有限体积近场光胶囊。时域有限差分模拟的光的空间结构和光捕获力的金纳米粒子浸没在水中演示了一个平面的亚波长光学胶囊的物理概念，集成了微流体介观器件。结果表明，折射率和介质矩形棒之间的距离可以控制光学胶囊的形状和轴向位置。这种平面内波长缩放结构为在紧凑的平面结构中操纵包括生物颗粒在内的吸收性纳米颗粒提供了新的途径，因此应该在芯片实验室领域开辟有前途的前景。
2021-10-04 physics.optics
Tailoring Transverse Magneto-Optical Kerr Effect Enhancement in Mie-resonant Nanowire-based Metasurfaces
本研究针对基于Mie共振硅纳米线的镍衬底混合超表面，通过调控纳米线宽度调制面内磁偶极子Mie模式，实现了2.2%-3.8%范围内可定制的横向磁光克尔效应增强，其机制关联界面近场与模式远场响应的变化。
2024-11-13 physics.optics
Optical Calibration of Holographic Acoustic Tweezers
本研究将光镊校准协议适配至声学镊子，测量mN/m级阱刚度并与理论一致，为混合声光装置提供统一校准框架。
2024-03-14 physics.app-ph physics.optics
Photonic Nanojets in Optical Tweezers
光子纳米喷射由于其亚波长的分辨率可以增强探测和与物质的相互作用，在超显微镜领域有着潜在的应用前景，十年前就引起了人们的关注。对于这些正在开发中的新应用，球体的光学捕获充当采用光子纳米喷射的理想框架。在本研究中，我们产生的纳米射流，通过使用高度聚焦的入射光束，在传统的平面波。该方法继承了光学捕获的优点，特别是对于细胞内应用，微球在光束传播轴上处于平衡状态，并在空间中任意定位。此外，由于光学散射力，当球体处于平衡时，其中心相对于入射光束的焦点移动。然而，当系统与涉及光镊的配置处于稳定平衡时，不能形成光子纳米喷射。为了克服这个问题，我们采用了双光镊的非正统配置，涉及两个共线和共同传播的光束，其精确定位将打开/关闭的光子nanojets，从而提高光子nanojets的适用性。
2015-03-17 physics.optics
Optical frequency tweezers
我们提出了一种光频镊的概念，用于在光频域中以高分辨率对光进行镊子化，这是用于微观物体空间操作的光镊的频率版本。我们报告的原理验证实验，通过频率转换内的一个腔体中只转换的光。由于非典型配置，实验结果成功地实现了频域中的镊子操作，其从频率复用输入光中拾取目标频率处的光并转换为不同的频率，而不接触位于不同频率位置的任何其他光以及泵浦光的振动频率。
2022-03-31 physics.optics quant-ph
Non-Mie Optical Resonances in Anisotropic Biomineral Nanoparticles
纳米粒子的光学性质在许多学科中具有重要的基础和应用价值，因此一直受到人们的关注。最近出现的全介质纳米光子学领域利用具有高折射率的介电纳米颗粒中的光致电磁Mie共振。这种性质允许获得额外的有价值的自由度来控制纳米光子结构的光学响应。在这里，我们提出了一个概念上不同的方法，在介电纳米粒子达到光学共振。我们发现，缺乏传统的米氏共振，低指数纳米粒子可以表现出一种新的各向异性诱导的家庭非米氏本征模。具体来说，我们调查光与方解石和球文石纳米球的相互作用，并比较他们与米氏散射的熔融石英球。这些粒子具有接近的折射率和相同的尺寸，由于它们的内部结构而表现出显著不同的散射行为。虽然熔融石英球没有表现出任何光谱特征，但方解石的介电常数张量和球霰石的非对角介电常数张量的单轴结构导致散射光谱中的一组可区分的峰。多极子分解和本征模分析表明，这些峰与一个新的家庭的电和磁共振。我们确定磁偶极子模式的普通，非凡和混合极化以及复杂的电偶极子共振，具有显着的环形电偶极矩。由于球文石和方解石都是生物矿物，由各种生物体天然合成和利用，我们的研究结果为理解和阐明真正生物系统光学功能背后的机制提供了不可或缺的工具箱。
2018-10-29 physics.optics
