近场光镊中光纤探针结构参数的优化

陈淑清，杨秀丽，潘春祥，刘铁军

（空军航空大学 基础部，吉林 长春 130025）

0 引 言

激光近场光镊是近年发展起来的一种微测量与操作系统，它可实现对样品的非接触、无损伤微／纳操作。物体表面亚波长区域（近场区域）内存在一种迅速衰减的隐失场，该局域隐失场在近场区域内起主导作用［1］。微粒置于隐失场时能将该隐失场转化为传播场，在转化过程中光子动量发生改变，相应的微粒的动量也发生改变，从而对微粒产生力的作用［2］。激光近场光镊即利用光纤探针针尖附近的局域隐失场来对微粒进行纳米操作，该方法可以突破衍射极限，有可能实现几十纳米微粒的操作。另外，由于作用范围与捕获空间非常小，该方法还可以消除远场光镊中那种背景干扰现象。在纳米操作系统小型化和集成化的趋势下，与远场光镊相比，激光近场光镊更易集成于系统之中，因此，该方法将成为纳米微粒和生物单分子最强有力的操作工具之一。

虽然已有文献对近场光镊中的某些理论问题进行了研究，并得到了一些具有指导意义的结论，但所提供的信息还不足以透彻地理解光纤探针的场传播与分布特性，特别是对光纤探针结构参数的优化分析很少［3－6］。由于光与物质间主要是电场在起作用，因此电场的分布特性决定了光纤探针的近场光学特性，而锥形镀膜光纤探针的入射波波长、出射孔径、锥角和金属膜厚度是决定电场分布的主要因素。因此，为获取最优的光纤探针结构，文中应用三维FDTD计算方法进行三维空间的数值仿真，分析了各参量对近场光学特性的影响规律。……