飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段,而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念,将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样,借助于连续光光镊的分析方法,建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素,指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率,微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用,讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。