光學鑷子
光學鑷子
光學鑷子就是用光形成的鑷子，它是建立在光輻射壓原理上的。光輻射壓的提出源於開普勒和牛頓時代,當時理論認為光是一種粒子，根據牛頓力學原理，運動著的粒子束會產生壓力。在天文學中，彗星的尾巴始終背向太陽就是光具有輻射壓力的一個典型例子。然而，光壓的存在和麥克斯韋對輻射壓力的理論預言則是到了20世紀初才在實驗室中得到實驗證明的.
20世紀60年代，當激光作為具有極高亮度的相干光源出現時，光壓的研究發生了革命性的變化.70年代初，人們開始對激光的輻射壓開始全面和深入的研究，特別是對原子在不同條件下所受輻射壓力的性質和機制進行理論探討和實驗觀測，從而發展起原子束的激光偏轉，激光冷卻，光子粘膠及原子噴泉等實驗技術，同時利用光壓進行原子俘獲，粒子操縱等研究。正是由於在激光冷卻方面的先驅性研究，著名的華裔科學家,斯坦福大學的朱棣文教授與其他兩人共同獲得了1997年度諾貝爾物理學獎.
我們知道，光源同時具有熱效應和輻射效應。對普通光源而言，由熱效應所產生的壓力比由單純動量交換產生的輻射壓力大幾個數量級，因此很難獲得足夠的輻射壓力。激光的出現改變了這一狀況，使光的輻射壓力得到充分體現。同時激光光束的截面分佈具有簡單確定的數學表達，便於進行理論處理，使光阱和光懸浮的研究成為可能。激光鑷子是利用激光與物質間進行動量傳遞時的力學效應形成三維光學勢阱。它的基本原理如圖.
當一束強匯聚的高斯光場作用於透明粒子時，如果粒子的折射率n1大於周圍介質的折射率n0,梯度力Fa, Fb 會把粒子推向光場的最強處(軸心). 在光束傳播方向上光對粒子不僅會產生軸向的推力，還會產生逆軸向的拉力，從而實現捕獲. 這裡光學捕獲是通過透明介質微粒與光子發生動量交換而完成的. 這與帶電粒子受靜電場庫侖力或交變場的梯度力而實現的電動捕獲不同，與金屬粒子或超導體在磁場中的磁懸浮也不同.