Сегодня - 24.10.2020

Российские ученые нашли способ в разы увеличить важные свойства оптического пинцета

08 июля 2020
 
Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (Томск) нашли способ увеличить дальность действия оптических ловушек, или оптического пинцета. Подобные устройства используются для передвижения отдельных микрочастиц в биологии и химии. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters
 
Оптический пинцет — устройство, которое с помощью лазерного пучка перемещает объекты микронного размера, например, живые клетки, белки и молекулы. До изобретения такого аппарата делать это было невозможно: любая попытка захватить микроцель приводила к ее разрушению. Оптический пинцет же не нарушает внутреннюю структуру объекта. В 2018 году за эту технологию американский физик Артур Эшкин получил Нобелевскую премию.
 
«Оптический пинцет — медийное название оптических ловушек. Их общий принцип действия такой: линза фокусирует свет лазера, и частицы, находящиеся в поле фокусировки, по законам физики начинают двигаться в сторону максимальной интенсивности светового поля, как бы прижимаясь. За счет этого частицы можно захватывать и перемещать. Для увеличения степени локализации оптического поля в области фокусировки в такой ловушке, работающей в режиме “на отражение”, то есть чтобы фокус был более длинным, но поперек меньше, ранее мы предложили использовать вместо линз микрочастицы из диэлектрического материала — например, из кварца», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ доктор технических наук Игорь Владиленович Минин.
 
Взаимодействуя с такой частицей, свет фокусируется в виде «фотонной струи» в направлении, противоположном направлению падения излучения. Благодаря своим свойствам именно она выполняет роль ловушки или пинцета.
 
«Для формирования классической фотонной струи есть необходимое условие — соотношение показателей преломления частицы и среды должно быть меньше двух. Если будет больше, то струя просто не сформируется. Ранее считалось, что увеличить показатель преломления и при этом сформировать фотонную струю просто невозможно. Мы совместно с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН теоретически, в процессе моделирования, показали, что это не так», — поясняет Игорь Минин. 
 
Для этого ученые сформировали струю в режиме «на отражение».«Есть два режима: на прохождение и на отражение. В первом случае струя образуется, когда свет проходит через диэлектрическую частицу. А в режиме на отражение позади частицы мы ставим плоское зеркало, и точка фокусировки перемещается на зеркало. В итоге мы получаем двойную фокусировку: свет фокусируется через частицу на зеркале, а затем в обратном направлении снова собирается этой же частицей в фотонную струю. В этом режиме нам удалось сформировать струю из диэлектрической частицы с показателем соотношения преломления частицы и среды больше двух. Это дало увеличение области захвата в разы», — отмечает ученый.
 
Сейчас исследователи готовят эксперименты, чтобы подтвердить результаты моделирования на практике.
 
Исследование поддержано грантами РФФИ и по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ.
 
Пресс-служба ТПУ
 
Поделись с друзьями: 

Система Orphus