光镊实验系统

   利用激光微束的动力学效应操纵和控制微小粒子运动是20 世纪70 年代初提出的一项高新技术，最早的研究是基于控制原子运动的考虑，如加速、偏转、冷却原子束。激光微束操纵原子的技术于80 年代中后期移植到生物微体上，已经用“光阱”成功地捕获了电解质小球、病毒、细菌、活细胞、细胞器，甚至DNA 等，并在理论上给予了深入的研究。本实验将激光束整形聚焦技术与同轴照明显微技术通过“大恒同轴系统”完美结合在一起，既可以让使用者清晰地观察到微米级的细胞粒子世界，又可以通过激光束精确地实现对细胞粒子的捕捉与移动，还可以进一步拓展成为课题性研究激光束、光束梯度力、微粒大小与质量之间的关系与现实应用的实验系统。

实验原理 

   光辐射将对物体产生力，主要表现为压力，称之为光辐射压力或光压。光压也可看成是光子流产生的压强。光压虽然很小，往往只有几个pN，但它足以克服微米级粒子的重力或摩擦力，实现对微粒的束缚与搬运。

如果微粒的折射率大于周围的介质折射率，微粒所受光束的合力方向指向光束焦点，力的大小与光束的会聚程度与功率有关，正比于光的强度梯度，称之为梯度力。一旦微粒进入光束焦点附近，就可能被捕捉。

可用简单的数学公式表达几何光学近似下梯度力F 的大小为：

n 为微粒周围介质的折射率，P 是激光束功率，c 为光速，Q 为一个小于1 的无量纲数，称为陷阱效率系数，它与被捕获粒子特性和光束会聚程度有关，通常由实验具体研究获得。 

如图所示，微粒进入光束焦点附近，即被光梯度力拉向光束焦点并被束缚

知识点

    激光光束整形聚焦、高斯光斑、同轴耦合照明、显微倍率、光阱、梯度力

光路示意图

可调激光束经扩束整形后经显微物镜聚焦到可以三维移动的目标物，照明光与数字相机与主光束中的显微物镜共同构成同轴照明显微监测光路。