光学操控技术作为一种无损伤地操纵细胞、细菌、病毒等生物颗粒的有力工具, 已经广泛地应用于细胞生物学、分子生物学以及医学等领域. 最近一项研究实现了在微泡式光学谐振腔中的光学操控技术.  

图1  微泡式光学谐振腔中的光学操控

研究相关的论文题为：“Opticalmanipulation in optofluidic microbubble resonators”, 刊登在近期出版的2015年第11期SCIENCE CHINA Physics, Mechanics& Astronomy(《中国科学: 物理学力学天文学》英文版)上, 由复旦大学吴翔教授担任通讯作者撰写. 研究者通过数值计算得到了目标颗粒在微泡式光学谐振腔中所受到光梯度力的大小, 揭示了能够在该种光学谐振腔中实现对于纳米级颗粒的光学操控的可能性.

光学环形谐振腔因可以在腔内激发起具有极高品质因子的光学回音壁模式, 已被研究者们广泛地进行了研究, 微泡式光学谐振腔就是其中之一. 此前, 由于微泡式光学谐振腔具有极高的内建场强以及易于与微流器件进行整合, 该种光学谐振腔多用于进行化学以及生物传感实验. 但是在微泡式光学谐振腔中对于纳米颗粒进行光学操控的研究尚属首次报道.    

该项研究中用于光学操控的微泡式谐振腔由一段石英毛细管制成, 目标颗粒被溶于水中继而注入到微泡中, 一段拉锥光纤被贴近微泡用于在谐振腔中激发出回音壁光学模式, 如图1所示. 由于微泡式光学谐振腔具有独特的结构特点, 如果微泡壳足够的薄, 其在谐振腔中激发起的径向高阶回音壁模式的大部分光场就会集中在微泡的水核部分. 该区域正是目标颗粒存在的区域, 这样目标颗粒就可以与光场进行直接作用, 大大加强了光场的利用率. 该项工作计算出颗粒在光场下所受光梯度力的大小并且综合考虑了颗粒自诱导共振失谐效应对光力产生的负面影响. 最后通过稳定性分析, 得出了在特定入射功率下能够被束缚的最小颗粒尺寸大小.  

这一结果丰富了光学环形谐振腔中对于纳米颗粒进行光学操控的研究. 它不仅对于微腔中光学操控机理的研究具有重要的意义, 而且对于实际设计光学操控系统提供了有益的参考价值.

该项研究得到了国家自然科学基金(No.61378080, 61327008, 60907011, 61177045)以及浙江大学现代光学仪器国家重点实验室开放项目资助.

更多详情请阅原文：

WANGHaoTian & WU Xiang, Optical manipulation in optofluidic microbubbleresonators. SciChina-Phys Mech Astron, 2015, 58(11): 114206

http://phys.scichina.com:8083/sciGe/EN/10.1007/s11433-015-5721-4

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