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※ 引述《rex8886 (re叉)》之銘言：
: 本肥看了一下物理題目有夠機掰的
: 光學鑷子到底是三小

沒錯啊

物理系教授真的很多機掰



但身為碩班題目就是做這個的

忍不住想出來介紹一下




首先先正名一下

原文應該是optical tweezer

大陸習慣稱光鑷，台灣稱光鉗居多



光鉗是由美國物理學家Arthur Ashkin所發明的

他主要是在美國AT&T貝爾實驗室工作

沒錯，你沒看錯

這個貝爾就是發明電話的那個貝爾

能夠在美國紐澤西貝爾實驗室做研究的肯定都是一等一的高手



在1960年代雷射被發明後

很多科學家轉而開始投入研究光學研究

Ashkin也是其中之一

有天中午他跟同事出去吃飯

先將雷射轉向打入水箱中

等到吃完中餐回來後發現

水箱裡的水一直不斷的產生波紋

他發現雷射光的光子不斷的撞擊可以產生光壓

先後做了

兩道雷射光對打固定一顆微粒(micro particle)

也就是雙光束光阱(optical trap)

以及利用光折射效應用單光束雷射鉗住單一介電質粒子

並於1986年發表論文

Observation of a single-beam gradient force optical trap
for dielectric particles
https://reurl.cc/NMe7e

之後又於1992年將梯度力(gradient force)有更詳細的研究

Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere
in the ray optics regime
https://reurl.cc/3nVz9


https://i.imgur.com/ogkxqzX.jpg
一道雷射光打下來經過一個高倍率物鏡被高度聚焦後

通過一個半透明的微米級粒子(micro particle)

因為微粒與外在環境的折射率不同

導致光由環境進入微粒時發生折射

虛線是原本光沒有折射繼續直線前進的方向

由於a和b兩道光分別往左下跟右下折射偏移

根據牛頓第三運動定律作用力和反作用力

就會產生兩個相對應的反作用力Fa與Fb

而利用力可以合併的特性

Fa與Fb兩力的合力即為往上的Ｆ力

其中f是高倍率物鏡的焦點(focus)




觀察另外兩個圖你會發現

不管粒子是從哪一個方向進入光鉗

都會被吸往焦點附近



經過剛剛的光學圖我們可以看到

比較靠近透鏡外源也就是遠離鏡心的光

能產生大折射角度的光

這種大角度折射的光產生的光鉗力

就稱為梯度力(gradient force)


而靠近鏡心的光偏折角度較小

（通過鏡心的光是不會折射的）

這種光會對粒子產生推離透鏡焦點的力

稱為散射力（scattering force）


因此只要降低散設力加強梯度力

便會較容易抓住微粒



現在光鉗可以拿來抓住病毒 細胞 紅血球 藍綠藻菌進行研究

可以結合拉曼光譜變成拉曼光鉗

也可以跟電腦全像術結合變成電腦全像光鉗(Holographic Optical tweezer)

也能和超解析數位全像顯微鏡合體變成超解析數位全像光鉗顯微鏡
(Super resolution digitial hologram microscope with HOT)

謎之聲：怎麼覺得我是來幫教授打廣告的




最後

到底為什麼要考這個

因為.......


























他去年拿到諾貝爾物理獎啊

https://i.imgur.com/G51NYcl.jpg

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