射光的局部逼近的形状系数，和分别为散射力和梯度力的散射系数。散射系数是与正半整数阶和负半整数阶球贝塞尔函数和里克塞耳函数相关的函数。原理上，广义洛仑兹米氏理论可以计算任意光场作用在任意形状粒子上的光力，但是理论计算较为繁琐。探讨有关飞秒光镊技术的前沿研究动态光学论文。除了广义洛伦兹米氏理论模型外，矩阵模型也可以计算作用在米氏粒子∼上的光力其电介质纳米线相比，它可以使荧光纳米线的捕获能力提高个数量级。其他非线性光学效应虽然以连续光为光源的传统光镊技术已经取得了巨大的成功，但是飞秒激光脉冲提供了超高的脉冲峰值功率，使得被捕获的粒子具有各种非线性光学效应。除了以上所介绍的非线性克尔效应和双光子吸收外，人们也零星地报道了其他非线性光学效应。等研究了飞秒光镊中瑞利粒子上产生的次谐波。等建立了连续光和脉冲激光激发下光学势阱中热致非线性效应的理论模型，分析了非线性克尔效应和热致非线性效应对光力的影响。光力的基本理论光镊技术的物理本质是通过电磁辐照将光学线动量和角动量传递给微纳粒子。前者产生了作用在粒子上的光学力，而后者导致了作用在粒子上的光学力矩，引起了粒子的旋转。实验上，通过在光场中放臵微纳粒子并观察其运动轨迹，可以定量地测量光力或光学线动量和力矩或光学角动量。在光镊理论中，通过计算作用在微粒上的光力分布，可以预测和解释微纳粒提高倍。和也证明了自聚焦粒子增加了梯度力，提高了粒子捕获的稳定性，。等理论上研究了非线性克尔效应对作用在瑞利粒子上光力的影响。如图所示，自聚焦效应增加了捕获力强度，而自散焦效应导致粒子的平衡位臵在焦平面上出现了环状分布并相对减小，使得粒子的稳定性减弱。结果表明，施加在非线性光学粒子上的光力与捕获刚度有直接关联。自聚焦效应将增加捕获效率和刚度，而自散焦效应与之相反。这结果成功地解释了已报道的实验观察结果，并为飞秒激光捕获非线性光学纳米粒子提供了理论支持。图紧聚焦飞秒激光脉冲作用于自聚焦粒子，第行无非线性效应的粒子，第行和自散焦粒子，第行的横向光力分布，第行为上面行所示的光力在方向的分布图。图中的箭头表示横向力的方向双光子吸收效应由于粒子受到的光力与粒子的尺寸相关，粒子越小，受到的光力也越小。目前，可以捕获的小尺寸粒子大约在。受到粒子布朗运动的影响，捕获小粒子具有挑探讨有关飞秒光镊技术的前沿研究动态光学论文时光学响应的结果，而在实验中测量到的时间平均力是脉冲串产生的力的累积效应其中，为脉冲峰值功率时产生的力，为脉冲周期，为脉冲的重复频率，为脉冲宽度。光线光学计算方法简单明了，但是假设了光束为均匀分布，具有定的局限性，并且般只适用于较大的球形粒子。对于米氏粒子∼，光力计算可采用广义洛伦兹米氏理论模型。粒子沿轴向受到飞秒激光脉冲作用的光力表达式为其中，为脉冲光的峰值功率，为光束的束腰半径，为入射光的局部逼近的形状系数，和分别为散射力和梯度力的散射系数。散射系数是与正半整数阶和负半整数阶球贝塞尔函数和里克塞耳函数相关的函数。原理上，广义洛仑兹米氏理论可以计算任意光场作用在任意形状粒子上的光力，但是理论计算较为繁琐。非线性克尔效应在强激光激发下，包括些有机材料在内的许多透明介质表现出非线性克尔效应，其折射率的改变与光强成正比关系，即，其中秒脉冲光镊技术的光力理论仅限于克尔非线性效应，且将粒子折射率的变化视为与时间无关的量。最近，等，按照克劳修斯莫斯帝方程，考虑了辐射修正，基于线性和非线性极化产生的粒子诱导的偶极动量，获得了作用在瑞利粒子上的时间平均光力表达式为其中，ε为真空介电常数，为真空磁导率，为圆频率，χ和χ分别对应于粒子和溶剂的阶非线性光学极化率，为仅与空间位臵有关的电场分布。对于粒子和溶剂没有非线性光学效应时，即χχ，方程退化成瑞利粒子的光力表达式，。光力的基本理论光镊技术的物理本质是通过电磁辐照将光学线动量和角动量传递给微纳粒子。前者产生了作用在粒子上的光学力，而后者导致了作用在粒子上的光学力矩，引起了粒子的旋转。实验上，通过在光场中放臵微纳粒子并观察其运动轨迹，可以定量地测量光力或光学线动量和力矩或光学角动量。在光镊理论中，通过计算作用在微粒上的光力分布，可以预测和解释微纳粒子的在飞秒光镊捕获中具有不同的动力学行为。通过调控粒子的材质，改变作用在粒子上的光力，进而可以控制粒子的动力学行为。已有的研究表明，电介质粒子，和量子点可以提高粒子的捕获能力分子主要用于激发双光子荧光效应对于金属粒子而言，主要研究集中于产生势阱分裂。除了广义洛伦兹米氏理论模型外，矩阵模型也可以计算作用在米氏粒子∼上的光力其中ε和分别是粒子周围环境的介电常数和磁导率，是麦克斯韦应力张量，是波印廷矢量，是个闭合曲面，是对应的体积微元。麦克斯韦应力张量可以通过入射场和散射场获得，矩阵模型相比于广义洛仑兹米氏理论而言，简单易懂，在计算作用在各向异性粒子上的光力有优势。但是矩阵模型只能计算出合力，无法将力分解为梯度力和散射力，不利于分析力的来源和影响因素。对于瑞利粒子，高斯激光束激发时的光力可用偶极近似理论表达为其中，为粒子在焦平面的横向光力，图在波长范围内，粒子浸没在溶剂中所受到的纵向力。在轴方向上的纵向力分布图焦平面处时的横向力分布图光场调控由于梯度力与入射光功率成正比关系，人们通过增加入射光功率提升捕获势阱的深度，。与此同时，激光功率升高所激发的非线性克尔效应也影响粒子的稳定捕获。等理论上研究了银纳米粒子的捕获行为。他们发现通过增加入射光功率，使得捕获势阱由稳定变至不稳定随着激光功率的进步增加，捕获势阱再次稳定。此外，入射光的偏振方向也将影响势阱分裂及粒子喷射的方向，。由于脉冲宽度决定了飞秒激光器输出的峰值功率，因此飞秒脉冲宽度与粒子稳定捕获及捕获效率有关。除飞秒激光脉冲宽度以外，飞秒脉冲间隔也对飞秒光镊具有定的影响。如等研究了纳米粒子在飞秒光镊中的动力学，研究表明，被捕获的聚苯乙烯小球重复地从焦斑处喷射，且随着脉冲序列间隔的增大，喷射频率逐渐减小。粒子特性调控目前的应用。图焦平面上聚苯乙烯纳米颗粒的散射光谱图势阱分裂早在年，等实验发现当光源从连续光切换至飞秒脉冲光时，金纳米粒子的稳定捕获位臵由中心点变至两个离轴位臵，即出现势阱分裂现象。这现象是由于飞秒激光脉冲的高峰值功率引起金纳米粒子的非线性极化导致的，其根本原因是产生了非线性光学效应。等对势阱分裂产生的条件，即功率阈值进行了理论分析。而后通过实验证明势阱分裂方向与激光偏振方向致，这是因为紧聚焦过程中产生的纵向场导致了和方向势阱分布不均匀。在此基础上，等利用飞秒矢量光场捕获金纳米粒子。如图所示，势阱分裂个数发生变化，由单个势阱变为两个或多个势阱，并且可控。产生势阱分裂的原因是因为紧聚焦矢量光场产生了纵向场。这研究为捕获及控制操纵多个电介质粒子半导体粒子和原子等提供了新的方法。等通过建立非线性光学纳米颗粒上的时间平均光力理论证明了粒子自散焦效应也将导致焦平面处势阱分裂。图不同极化条件下的前沿研究动态光学论文。摘要因在光镊及超短激光脉冲方面开创性的工作，和分享了年度诺贝尔物理学奖。本文概述了将超短激光脉冲和光镊相结合的飞秒光镊技术的研究进展。简要介绍了飞秒光镊技术的基本原理，重点介绍了飞秒光镊技术中的非线性光学效应和光学捕获动力学行为，最后讨论了飞秒光镊技术中的调控手段，展望了飞秒光镊技术的发展前景。关键词光力光学光镊动力学行为非线性光学效应飞秒激光脉冲自年激光器问世以来，人们对光与物质相互作用的理解发生了革命性的变化。激光的出现开创了许多重要的研究领域，其中之就是发明的光镊技术，。光镊，又称为光学捕获与光学微操控，是种利用紧聚焦的激光束产生的光学势阱来操控微米纳米甚至原子尺寸物体的技术。在激光束的作用下，光镊技术实现了对微纳粒子的固定移动旋转悬停筛选挤压和拉伸等光学操作，。由于具有光束与微粒之间无机械接触和对操控的微粒无机械损伤等优点，光镊技术在物理学生物乙烯纳米颗粒的散射光谱图势阱分裂早在年，等实验发现当光源从连续光切换至飞秒脉冲光时，金纳米粒子的稳定捕获位臵由中心点变至两个离轴位臵，即出现势阱分裂现象。这现象是由于飞秒激光脉冲的高峰值功率引起金纳米粒子的非线性极化导致的，其根本原因是产生了非线性光学效应。等对势阱分裂产生的条件，即功率阈值进行了理论分析。而后通过实验证明势阱分裂方向与激光偏振方向致，这是因为紧聚焦过程中产生的纵向场导致了和方向势阱分布不均匀。在此基础上，等利用飞秒矢量光场捕获金纳米粒子。如图所示，势阱分裂个数发生变化，由单个势阱变为两个或多个势阱，并且可控。产生势阱分裂的原因是因为紧聚焦矢量光场产生了纵向场。这研究为捕获及控制操纵多个电介质粒子半导体粒子和原子等提供了新的方法。等通过建立非线性光学纳米颗粒上的时间平均光力理论证明了粒子自散焦效应也将导致焦平面处势阱分裂。图不同极化条件下金纳米粒子的非线性捕获光镊具有定的影响。如等研究了纳米粒子在飞秒光镊中的动力学，研究表明，被捕获的聚苯乙烯小球重复地从焦斑处喷射，且随着脉冲序列间隔的增大，喷射频率逐渐减小。粒子特性调控目前就粒子特性而言，主要的研究集中在粒子尺寸与捕获能力之间的关系上。等研究了非吸收型球形粒子的半径与光力之间的关系，证明了随着半径的增加，轴向捕获力逐渐变得不对称，粒子稳定捕获的位臵从焦点逐渐向光束传播方向偏移。同时，他们还发现不仅粒子特性影响捕获效率，周围环境与粒子之间的折射率差也会对粒子受力产生非线性影响。除球形粒子之外，人们也详