二、光鑷技術中相關的理論

（1）單光束梯度力光阱

單光束梯度力阱理論是光鑷理論的基礎。如圖，一個透明介質(zhì)小球處于一個高斯分布的非均勻會聚光場中，小球的折射率大于周圍介質(zhì)的折射率。當會聚激光束照射到微粒上時，激光發(fā)生折射和反射，也包括一部分吸收。與此同時，光束經(jīng)過微粒會發(fā)生多次折射，有些會聚光線折射后傳播方向更趨向于光軸（即光束傳播方向），從而增大了軸向動量，因而給與微粒與光傳播方向相反的作用力，表現(xiàn)為拉力，由于此拉力的作用，導致粒子在軸向可以穩(wěn)定在激光焦點附近。而微粒在橫向的偏離，由于光場的非均勻性，也會受到指向激光焦點的回復力，即橫向梯度力。在梯度力和散射力的共同作用下，微粒被穩(wěn)定束縛在激光焦點附近。這就是單光束梯度力光阱。

單光束梯度力光阱

（2）RO模型

研究微粒在光阱中受到的光阱力的理論模型最常見的有幾何光學(RO)近似模型。RO 模型理論適用于幾何尺寸大于波長的微粒， 計算較簡單， 作為一種近似方法其計算結(jié)果對實驗具有參考價值。結(jié)合高斯光束標量理論，計算強聚焦光束對微粒的俘獲力。它的優(yōu)點是不考慮光的波動性， 研究光阱里微球在橫向、 軸向和任意位移后的受力，入射光在空間不同方位的追跡方式等。RO 模型理論便于分析微粒三維空間受到的應力，進而可以分析不規(guī)則微粒(如橢球)受到光阱的應力及其動力學特性。

（3）新型光場的研究與光鑷

新型光場包括渦旋光束、 非衍射和自修復光束、 自加速光束以及矢量光束等。光鑷一個特別重要的發(fā)展趨勢是結(jié)合各種新型光場來實現(xiàn)特殊或復雜的操控功能。新型光鑷光場的研究得益于復雜光場調(diào)制技術的快速發(fā)展， 如空間光調(diào)制技術。新型光場光鑷不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對不同材質(zhì)、 不同大小的微粒多自由度操控， 而且可以通過計算機控制， 方便地實現(xiàn)實時智能的操控， 大大拓展了光鑷的應用范圍。

三、光鑷技術的應用

光鑷在生物學以及細胞中的應用

光鑷對微粒的操控是非接觸的遙控方式，不會給對象造成機械損傷。這使得光鑷在生物學研究特別是單細胞單分子研究領域應用非常合適。

首先，光鑷捕獲微粒的尺度在幾十納米到幾十微米，正好是生物細胞、細胞器以及生物大分子的尺度范圍。

其次，光鑷的溫和操控不會損失細胞。雖然激光會產(chǎn)生熱，但可以通過選擇合適的波長，避開細胞對光的吸收波長，將熱效應降到最低。