(44-6) 02 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптическая сила, действующая на частицу, в присутствии обратного потока вблизи фокуса градиентной линзы
А.Г. Налимов 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1269 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-744

Страницы: 871-875.

Аннотация:
Если вблизи поверхности (на расстоянии меньше 100 нм) высокоапертурной градиентной микролинзы из кремния с показателем преломления в виде гиперболического секанса, которая (линза) освещается лазерным излучением с длиной волны 1,55 мкм, на оптической оси расположить диэлектрическую наночастицу (диаметр около 70 нм), то ее будет притя
гивать к поверхности линзы с силой в доли пиконьютона. А если в линзе сделано углубле ние, то наночастица будет втягиваться в это углубление. Своего рода «оптический магнит». Если вблизи выходной поверхности такой градиентной линзы сформировать на оптической оси обратный поток энергии, то его присутствие приведет к тому, что диэлектрическая наночастица с поглощением будет «притягиваться» к поверхности с большей силой, чем такая же частица без поглощения. В отсутствие обратного потока обе частицы (с поглощением и без) притягиваются одинаково. Расчеты полей выполнены методом конечных разностей во временной области, а силы рассчитаны с помощью тензора напряжений Максвелла.

Ключевые слова:
сила, обратная сила, момент силы, оптический пинцет, тензор напряжений Максвелла, градиентная линза.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда в частях «Падающее поле – леваякруговая поляризация и фазовый вихрь m = 2» и «Кру говая поляризация без фазового вихря» (грант 18-19-00595), Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003, 18-07-01380) в частях «Постановка задачи», «Влияние на проекцию силы размера частицы» а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в частях «Введение» и «Заключение».

Цитирование:
Налимов, А.Г. Оптическая сила, действующая на частицу, в присутствии обратного потока вблизи фокуса градиентной линзы / А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 6. – С. 871-875. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-744.

Citation:
Nalimov AG. Optical force acting on a particle in the presence of a backward energy flow near the focus of a gradient lens. Computer Optics 2020; 44(6): 871-875. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-744.

Литература:
  1. Li, H. Optical pulling forces and their applications / H. Li, Y. Cao, L. Zhou, X. Xu, T. Zhu, Y. Shi, C. Qiu, W. Ding // Advances in Optics and Photonics. – 2020. – Vol. 12. – P. 288-366.
  2. Sraj, I. Dynamic ray tracing for modeling optical cell manipulation / I. Sraj, A.C. Szatmary, D.W.M. Marr, C.D. Eggleton // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 16702-16714.
  3. Zhong, M. Measurement of interaction force between RGD-peptide and Hela cell surface by optical tweezers / M. Zhong, G. Xue, J. Zhou, Z. Wang, Y. Li // Chinese Optics Letters. – 2012. – Vol. 10. – P. 101701-101701.
  4. Zhou, J.H. Calculation of optical forces on an ellipsoid using vectorial ray tracing method / J.H. Zhou, M.C. Zhong, Z.Q. Wang, Y.M. Li // Optics Express. – 2012. – Vol. 20. – P. 14928-14937.
  5. Liu, S. Miniaturized optical fiber tweezers for cell separation by optical force / S. Liu, Z. Li, Z. Weng, Y. Li, L. Shui, Z. Jiao, Y. Chen, A. Luo, X. Xing, S. He // Optics Letters. – 2019. – Vol. 44. – P. 1868-1871.
  6. Drobczyński, S. Real-time force measurement in double wavelength optical tweezers / S. Drobczyński, K. Duś-szachniewicz // Journal of the Optical Society of America B. – 2017. – Vol. 34. – P. 38-43.
  7. Yu, Y. Methods of calibration to optical trapping force upon non-spherical cells / Y. Yu, Z. Zhang, Z. Li, X. Wang  // Chinese Optics Letters. – 2006. – Vol. 4. – P. 722-724.
  8. Muradoglu, M. Optical force lateral push–pulling using focus positioning / M. Muradoglu, W.S.Y. Chiu, T.W. Ng // Journal of the Optical Society of America B. – 2012. – Vol. 29. – P. 874-880.
  9. Wang, D. Optical pulling force in periodic backward-wave waveguides / D. Wang, Z. Wang // Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (online). – 2017. – FTh1H.4.
  10. Jing, P. Optical tweezers system for live stem cell organization at the single-cell level / P. Jing, Y. Liu, E.G. Keeler, N.M. Cruz, B.S. Freedman, L.Y. Lin // Biomedical Optics Express. – 2018. – Vol. 9. – P. 771-779.
  11. Liu, H. Optical pulling and pushing forces exerted on silicon nanospheres with strong coherent interaction between electric and magnetic resonances / H. Liu, M. Panmai, Y. Peng, S. Lan // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 11. – P. 12357-12371.
  12. Kuznetsov, A.I. Magnetic light / A.I. Kuznetsov, A.E. Miroshnichenko, Y.H. Fu, J. Zhang, B. Luk´yanchuk // Scientific Reports. – 2012. – Vol. 2. – 492.
  13. Evlyukhin, A.B. Demonstration of magnetic dipole resonances of dielectric nanospheres in the visible region / A.B. Evlyukhin, S.M. Novikov, U. Zywietz, R.L. Eriksen, C. Reinhardt, S.I. Bozhevolnyi, B.N. Chichkov // Nano Letters. – 2012. – Vol. 12, Issue 7. – P. 3749-3755.
  14. Shi, L. A new dielectric metamaterial building block with a strong magnetic response in the sub-1.5-micrometer region: silicon colloid nanocavities / L. Shi, T.U. Tuzer, R. Fenollosa, F. Meseguer // Advanced Materials. – 2012. – Vol. 24, Issue 44. – P. 5934-5938.
  15. Geffrin, J.M. Magnetic and electric coherence in forward- and back-scattered electromagnetic waves by a single dielectric subwavelength sphere / J.M. Geffrin, B. García-Cámara, R. Gómez-Medina, P. Albella, L.S. Froufe-Pérez, C. Eyraud, A. Litman, R. Vaillon, F. González, M. Nieto-Vesperinas, J.J. Sáenz, F. Moreno // Nature Communications. – 2012. – Vol. 3. – 1171.
  16. Fu, Y.H. Directional visible light scattering by silicon nanoparticles / Y.H. Fu, A.I. Kuznetsov, A.E. Miroshnichenko, Y.F. Yu, B. Luk’yanchuk // Nature Communications. – 2013. – Vol. 4. – 1527.
  17. Harada, Y. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime / Y. Harada, T. Asakura // Optics Communications. – 1996. – Vol. 124. – P. 529-541.
  18. Bekshaev, A.Ya. Subwavelength particles in an inhomogeneous light field: optical forces associated with the spin and orbital energy flows / A.Ya. Bekshaev // Journal of Optics. 2013. – Vol. 15. – 044004.
  19. Biener, G. Optical torques guiding cell motility / G. Biener, E. Vrotsos, K. Sugaya, A. Dogariu // Optics Express. – 2009. – Vol. 17. – P. 9724-9732.
  20. Nieto-Vesperinas, M. Optical torque on small bi-isotropic particles / M. Nieto-Vesperinas // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40. – P. 3021-3024.
  21. Chen, J. Optical pulling force / J. Chen, J. Ng, Z.F. Lin, C.T. Chan // Nature Photonics. – 2011. – Vol. 5, Issue 9. – P. 531-534.
  22. Novitsky, A.V. Negative propagation of vector Bessel beams / A.V. Novitsky, D.V. Novitsky // Journal of the Optical Society of America A. – 2007. – Vol. 24. – P. 2844-2849.
  23. Стафеев, С.С. Поведение продольной компоненты вектора Пойнтинга при острой фокусировке оптических вихрей с линейной и круговой поляризацией / С.С. Стафеев, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика, 2018. – Т. 42, № 2. – C. 190-196. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-190-196.
  24. Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 2. – P. 2921-2924. – DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  25. Brzobohatý, O. Experimental demonstration of optical transport, sorting and self-arrangement using a ‘tractor beam’ / O. Brzobohatý, V. Karásek, M. Šiler, L. Chvátal, T. Čižmár, P. Zemánek // Nature Photonics. – 2013. – Vol. 7, Issue 2. – P. 123-127.
  26. Налимов, А.Г. Поток энергии вихревого поля в фокусе секансной градиентной линзы / А.Г. Налимов, С.С. Стафеев // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 5. – С. 707-711. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-688.
  27. Налимов, А.Г. Расчёт момента силы, действующей со стороны цилиндрического гауссова пучка на цилиндрическую микрочастицу / А.Г. Налимов, В.В. Котляр / Компьютерная оптика. – 2007. – Т. 31, № 2. – С. 16-20.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20