Оптическая сила, действующая на частицу, в присутствии обратного потока вблизи фокуса градиентной линзы

Оптическая сила, действующая на частицу, в присутствии обратного потока вблизи фокуса градиентной линзы

Автор: Налимов Антон Геннадьевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.44, 2020 года.

Бесплатный доступ

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 притягивать к поверхности линзы с силой в доли пиконьютона. А если в линзе сделано углубление, 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.

Еще

Сила, обратная сила, момент силы, оптический пинцет, тензор напряжений максвелла, градиентная линза

Короткий адрес: https://sciup.org/140250060

IDR: 140250060   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-744

Список литературы Оптическая сила, действующая на частицу, в присутствии обратного потока вблизи фокуса градиентной линзы

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Biener, G. Optical torques guiding cell motility / G. Biener, E. Vrotsos, K. Sugaya, A. Dogariu // Optics Express. - 2009. - Vol. 17. - P. 9724-9732.
  • Nieto-Vesperinas, M. Optical torque on small bi-isotropic particles / M. Nieto-Vesperinas // Optics Letters. - 2015. - Vol. 40. - P. 3021-3024.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp