利用涡旋光束与球差调控光镊中的双稳态
光学
2024-06-06 v1 介观与纳米尺度物理
统计力学
摘要
我们通过对涡旋激光束进行紧聚焦演示了一个双稳态光阱。光势呈墨西哥帽形状，并在中心有一个额外的极小值。双稳态捕获对应于非平衡稳态（NESS），其中微球由于热激活而在轴向平衡态与由光力矩驱动的轨道态之间持续跳跃。我们基于完全可由实验获取的参数建立了光力场的理论模型，将聚焦涡旋光束的德拜型非傍轴描述与微球的米氏散射相结合。理论预测微球与环形激光焦斑应具有可比较的尺寸，该预测通过改变涡旋光束拓扑荷的不同取值在实验中得到证实。由玻璃载片与样品之间界面处折射引入的球差被纳入考虑，并允许在样品相对于物镜焦平面移动时，在轴向、双稳态与轨道态之间进行精细调节。我们发现理论与实验在相当宽的拓扑荷范围内总体一致。我们的结果开辟了在随机热力学中的应用途径，因为它确立了一个新的控制参数——物镜焦平面相对于玻璃载片的高度，可实时且可控地塑造光力场。
引用
@article{arxiv.2311.04737,
title = {Tailoring bistability in optical tweezers with vortex beams and spherical aberration},
author = {Arthur Luna da Fonseca and Kainã Diniz and Paula Borges Monteiro and Luís Barbosa Pires and Guilherme Tenório Moura and Mateus Borges and Rafael de Sousa Dutra and Diney Soares Ether and Nathan Bessa Viana and Paulo Américo Maia Neto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.04737},
year = {2024}
}