科學(xué)家們開發(fā)出了一種用光捕獲小顆粒的新方法。在獲得諾貝爾獎的光鑷技術(shù)（Arthur Ashkin，2018 年）基礎(chǔ)上，由埃克塞特大學(xué)大衛(wèi)-菲利普斯（David Phillips）博士領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家團(tuán)隊推進(jìn)了光學(xué)捕獲的可能性。

該研究論文發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上，題為“通過波前整形實現(xiàn)光子高效光學(xué)鑷子”。

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傳統(tǒng)光學(xué)鑷子（左）和定制光學(xué)陷阱（右）中的光強(qiáng)度。投影顯示的是穿過直徑為6微米的粒子中間的橫截面。

傳統(tǒng)的光學(xué)鑷子開發(fā)于 20 世紀(jì) 80 年代，它是一種緊密聚焦的激光束，可以吸引和捕獲某些微小顆粒或生物體，就像用鑷子夾東西一樣。

第一作者Une Butaite博士解釋說：“不過，在光學(xué)鑷子中，顆粒并沒有被完全固定。它正經(jīng)歷著周圍分子的熱運動。這有點像湖中的小船被風(fēng)浪搖晃，但又被船錨防止漂走，光學(xué)鑷子中的粒子在不停地晃動，但它的運動被限制在一定的體積內(nèi)。”

一般來說，這個限制體積越小，光學(xué)陷阱就越有用。

為了讓光學(xué)鑷子發(fā)揮作用，激光必須緊緊聚焦在一個非常小的區(qū)域，這個區(qū)域可能比被捕獲的粒子小得多。問題就在這里： 如果粒子較大，大部分光線會聚集在其中心附近，但光線與粒子表面的相互作用更為強(qiáng)烈。

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實時優(yōu)化光學(xué)捕獲的實驗結(jié)果

換句話說，較大的粒子無法充分利用可用的光線，從而降低了封閉程度。

Phillips博士解釋說：“這正是我們研究的重點所在。我們假設(shè)，如果光線不是集中在粒子的中間，而是將其包裹起來，那就會更強(qiáng)烈地束縛粒子，給它一種緊緊的擁抱。”

不過，確定能產(chǎn)生最強(qiáng)束縛的光的確切形狀并不簡單。

Butaite博士說：“這里沒有放之四海而皆準(zhǔn)的解決方案。要想獲得最佳性能，每個不同的粒子都需要一套定制的光套裝”。

在實踐中實現(xiàn)這一點意味著必須開發(fā)和完善各種數(shù)學(xué)和數(shù)值方法以及嚴(yán)格的實驗技術(shù)--所有這些都是與Jonathan Taylor博士（蘇格蘭）領(lǐng)導(dǎo)的格拉斯哥大學(xué)研究人員和Stefan Rotter教授（奧地利）領(lǐng)導(dǎo)的維也納技術(shù)大學(xué)研究人員合作完成的。

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