光學(xué)鑷子使用光來固定三維空間中小至一個(gè)原子的微觀粒子。光學(xué)鑷子(也稱光鑷)的基本原理是光和被固定的物體之間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。類似于水會(huì)對(duì)阻擋水流的大壩產(chǎn)生一個(gè)壓力，光推動(dòng)并吸引著使光彎曲的物體。這種所謂的光學(xué)力可以被設(shè)計(jì)成指向空間的某一點(diǎn)，在那一點(diǎn)上的物體會(huì)受到光的壓力作用而被固定住，達(dá)到“被鉗住”的效果。因此光鑷又被稱之為光阱。

事實(shí)上，到目前為止，光學(xué)誘捕技術(shù)已經(jīng)獲得了兩個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，一個(gè)是1997年因保持和冷卻單原子而獲得的，另一個(gè)是2018年因?yàn)樯飳W(xué)家提供了研究單一生物大分子(如DNA和蛋白質(zhì))的工具而獲得。

中國(guó)華中科技大學(xué)龐元杰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員對(duì)纖維光鑷(FOTs)很感興趣。這種基于光纖的光學(xué)捕集器通過用單根或多根光纖操縱光和粒子。纖維光鑷消除了對(duì)傳統(tǒng)的、笨重的光學(xué)附件的要求，如顯微鏡、透鏡和鏡子，同時(shí)又繼承了光纖系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)健性。然而，使用FOTs誘捕10納米直徑的納米顆粒(NPs)仍然具有挑戰(zhàn)性。在這項(xiàng)研究中，龐元杰研究組建立了一個(gè)同軸波導(dǎo)模型，它在光學(xué)系統(tǒng)中工作，并支持橫向電磁(TEM)模式來誘捕NP。波導(dǎo)前端的單個(gè)NPs打破了TEM-like引導(dǎo)模式的對(duì)稱性，導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)的高傳輸效率，從而強(qiáng)烈地改變了光動(dòng)量并誘發(fā)了對(duì)粒子的大規(guī)模反向作用。

研究人員通過有限差分時(shí)域(FDTD)模擬證明，這種FOT允許在低功率下捕獲單個(gè)10納米直徑的NPs。

關(guān)鍵詞： 纖維光鑷 納米粒子 纖維 光鑷