通过相位敏感后焦面干涉测量法探测光镊捕获粒子的动力学

光镊捕获粒子的动力学通常通过位置敏感探测器测量粒子后向散射光的强度偏移来确定。我们提出了一种技术，利用外部 Mach-Zehnder 干涉仪方案中的平衡探测来测量后向散射光的相位，在该方案中，我们将来自微珠的散射光与来自捕获腔顶面的散射光分离并进行拍频。该技术相比基于强度的检测提高了轴向运动分辨率，也可用于测量捕获粒子的横向运动。此外，我们能够从相位抖动中追踪被捕获的直径为 1 和 3 $\mu$m 微珠的布朗运动，并表明与基于强度的测量类似，相位测量也可用于同时确定被捕获微珠的位移以及光镊的劲度系数。对于横向位移，我们利用平面波分解结合 Mie 散射理论，模拟了横向位移下后向散射光的整体相位轮廓，并将实验结果与之进行了匹配。位置分辨率受限于干涉仪的路径漂移，我们目前通过将干涉仪锁定到频率稳定的二极管激光器，已将位移分辨率提高到约 2 nm（针对直径 1.1 $\mu$m 的探针）。