Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН нашли способ увеличить дальность действия оптических ловушек
Ученые Томского политехнического университета вместе с
коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН 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 (IF:
3,866; Q1).
Оптический пинцет — устройство, которое с помощью лазерного пучка
перемещает объекты микронного размера, например, живые клетки,
белки и молекулы. В 2018 году за эту технологию американский
физик Артур Эшкин получил Нобелевскую премию. До изобретения
оптического пинцета перемещать такие объекты было невозможно:
любая попытка захватить его приводила к разрушению. А оптический
пинцет не нарушает внутреннюю структуру объекта.
«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 Игорь 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. И 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 ученые готовят эксперименты, чтобы подтвердить результаты
моделирования на практике.
Исследование поддержано грантами Российского фонда
фундаментальных исследований и по Программе повышения
конкурентоспособности ТПУ.
Пресс-служба Томского политехнического университета
Иллюстрация: формирование фотонной струи при оптическом
контрасте больше критического: с) классическая схема, d) в режиме
«на отражение» / (с) Optics Letters
Источник: scientificrussia.ru
