光學(xué)鑷子將諾貝爾概念推向新的方向

三十三年前，亞瑟·阿什金(Arthur Ashkin)展示了一個(gè)非常緊密聚焦的激光束如何吸引微小顆粒。當(dāng)激光束移動(dòng)時(shí)，粒子隨之移動(dòng)，保持在Ashkin創(chuàng)造的“光學(xué)鑷子”的焦點(diǎn)上。

這一發(fā)現(xiàn)使得阿什金獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一部分，后來以各種方式應(yīng)用。例如，研究人員使用光學(xué)鑷子來捕獲和分類受感染的健康細(xì)胞。

現(xiàn)在羅切斯特大學(xué)和羅徹斯特理工學(xué)院的科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了另一種用途，它可以揭示激光器的基本特性，并可能導(dǎo)致更好的傳感器和其他設(shè)備。

在Nature Photonics的一篇論文中 ， 他們描述了在真空中用光學(xué)鑷子捕獲納米粒子大小的二氧化硅珠子。 珠子的振蕩由聲子 - 振動(dòng)能量的基本單位組成。此外，珠子會(huì)使一些激光散射。通過測(cè)量散射光，研究人員可以改變珠子振蕩的方式，并增加聲子中測(cè)得的能量輸出。

“如果我們做得恰到好處，我們可以引起振蕩，從一個(gè)幅度開始，變得越來越大，直到我們開始表現(xiàn)出類似于你在我們打開普通光學(xué)激光器時(shí)看到的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室，“共同作者，羅切斯特量子光學(xué)和量子物理學(xué)副教授Nick Vamivakas說 。他還是300萬美元的多校區(qū)海軍研究辦公室的首席調(diào)查員，該辦公室正在資助這項(xiàng)研究。

因?yàn)殍囎釉谡婵罩羞\(yùn)行，“我們可以以非?？煽氐姆绞侥M光學(xué)激光器的動(dòng)態(tài)，”Vamivakas說。“這將使我們能夠以一種其他方式無法實(shí)現(xiàn)的方式了解激光。”

此外，由于鑷子能夠精確測(cè)量納米級(jí)粒子，Vamivakas希望它可以用來測(cè)試量子力學(xué)的一些基本理論的有效性，例如量子波函數(shù)崩潰。

Vamivakas說他的實(shí)驗(yàn)室仍在探索可能由新鑷子引起的可能的實(shí)際應(yīng)用 - 例如傳感器和加速度計(jì)。“這就像首次發(fā)現(xiàn)激光一樣，”Vamivakas說。“沒有人知道激光器實(shí)際上會(huì)用于什么。在這一點(diǎn)上，重要的是示范。“

這項(xiàng)研究是Vamivakas探索光學(xué)鑷子的延續(xù)，該研究是在他于2011年抵達(dá)羅切斯特大學(xué)后不久開始的。例如，四年前，他的實(shí)驗(yàn)室是第一個(gè)將真正懸浮在單個(gè)納米金剛石上的實(shí)驗(yàn)室 。

來自西北大學(xué)，耶魯大學(xué)，馬里蘭大學(xué)，羅切斯特理工學(xué)院和華盛頓大學(xué)的研究人員也在合作，作為300萬美元撥款的一部分。它被授予2018財(cái)年ONR基礎(chǔ)研究挑戰(zhàn)的一部分，利用懸浮式光機(jī)械學(xué)獲得對(duì)量子和統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)的更好的基本理解，可能應(yīng)用于信息處理，高分辨率傳感和改進(jìn)的計(jì)量。