光镊技术的原理

光镊技术基于光辐射压力与单光束梯度力光阱。

光辐射压力

光照射物体时,由于电磁波具有能量,也有动量,所以,在物体表面形成反射和吸收,同时会对表面形成压力作用,成为光压（光辐射压力）。通过激光的引进,使得光压效应在现实应用中有了很大的作用,特别是科学研究中。

梯度力

为了阐明梯度力的概念，以透明介质小球为例说明。如图1所示，一个透明介质小球处于一个高斯分布的非均匀会聚光场中，小球的折射率大于周围介质的折射率。当会聚激光束照射到微粒上时，激光发生折射和反射，也包括一部分吸收。被微粒反射和吸收的光作用就是光辐射压力，或者称散射力，其方向与光传播方向一致，它趋向于使小球沿光束传播方向运动。与此同时，光束经过微粒会发生多次折射，有些会聚光线折射后传播方向更趋向于光轴（即光束传播方向），从而增大了轴向动量，因而给与微粒与光传播方向相反的作用力，表现为拉力，这就是轴向梯度力的本质，由于此拉力的作用，导致粒子在轴向可以稳定在激光焦点附近。而微粒在横向的偏离，由于光场的非均匀性，也会受到指向激光焦点的回复力，即横向梯度力。在梯度力和散射力的共同作用下，微粒被稳定束缚在激光焦点附近。这就是单光束梯度力光阱  。