光镊

光镊是一类以光学作用俘获微粒并操纵或测量其运动的仪器。典型装置用高数值孔径显微物镜聚焦激光，同时配置成像与位置检测光路。光被颗粒折射、散射或吸收时发生动量交换，颗粒因而受到力；光束并没有变成一根牵住颗粒的物质绳索。

对折射率高于周围介质的常见介电微粒，强度梯度相关的力趋向把它拉往高强度区域，散射作用则通常沿光传播方向推动它。稳定俘获要求这些作用形成合适的回复力和势阱；仅仅有亮点或焦点，并不自动意味着三个空间方向都能稳定束缚。

参考：[1]

液体中的微粒不断受到热运动扰动。光镊限制它离开平衡位置，并不是使其完全静止；光阱太浅时，热涨落仍可能让颗粒逃逸。靠近平衡点的小位移范围内，回复力常近似满足F=−κx，κ称为光阱刚度。

这使光镊可以像经过标定的微小弹簧一样工作，但线性近似有空间范围。颗粒离开中心较远、光场结构变化或材料不同，力与位移的关系可能改变。粒径、折射率和光学像差都会影响俘获性质，不能仅凭激光器标称功率推算所有样品受到的力。

参考：[1] [2]

定量测力先要标定位置探测，再估计相应方向的光阱刚度。常见办法包括分析被俘获颗粒的热涨落、其运动的功率谱，或与已知的黏滞阻力比较。由外力造成的平均位置偏移，可在合适的近似下换算为作用力。

Sarshar等人的比较研究在同一平台上考察多种标定方法，发现方法适用性受到功率范围、颗粒大小及位置检测方式影响。较强光阱中的位移可能接近探测分辨率，激光加热又可能改变介质黏度。因此，测得很小的位移不代表力值就天然准确，噪声、带宽和温度都须进入误差分析。

参考：[2]

阿什金在1970年研究辐射压力对微粒的加速与俘获；1986年，他和合作者实现了通常所指的单束梯度力光镊。后来这种技术进入生物实验，可借助连接到生物分子的微珠，研究分子拉伸、相互作用及分子马达，也可研究单细胞的力学性质。

光镊与激光切割的目标不同：前者着重可控约束和测力，后者着重材料改变或切除；磁镊则借助磁场与磁性探针耦合。非接触操纵也不等于完全无损，光热效应和样品性质限制实验条件。它的价值来自可校准的微观操纵能力，而不是无限制地“夹住任何东西”。

参考：[1] [2]