Манипулирование светопоглощающими частицами в воздухе с помощью массивов световых «бутылок»
Порфирьев А.П., Скиданов Р.В.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет)(СГАУ)

Аннотация:
В работе продемонстрирован оптический захват и перемещение агломераций наночас­тиц углерода как с помощью одиночных световых «бутылок», так и с помощью массивов таких ловушек. Для формирования световых ловушек были использованы дифракционные оптические элементы (ДОЭ), рассчитанные с помощью метода, в основе которого лежит использование суперпозиции пучков Бесселя. Благодаря структуре таких ловушек удалось осуществить трёхмерное перемещение захваченных микрообъектов.

Ключевые слова :
оптическое манипулирование, светопоглощающие частицы, световые «бутылки», фотофорезис, фотофоретические силы, трёхмерный оптический захват.

Литература:

  1. Pöschl, U. Atmospheric aerosols: composition, transformation, climate and health effects / U. Pöschl //Angewandte Chemie – International Edition. – 2005. – Vol. 44(46). – P. 7520-7540.
  2. Ramanathan, V. Atmosphere: Aerosols, climate, and the hydrological cycle / V. Ramanathan, P.J. Crutzen, J.T. Ki­ehl, D. Ro­senfeld // Science. – 2001. – Vol. 294(5549). – P. 2119-2124.
  3. Desyatnikov, A.S. Optical guiding of absorbing nanoclusters in air / V.G. Shvedov, A.S. Desyatnikov, A.V. Ro­de, W. Krolikowski, Yu.S. Kivshar // Optics Express. – 2009. – Vol. 17(7). – P. 5743-5757.
  4. Desyatnikov, A.S. Photophoretic manipulation of absorbing aerosol particles with vortex beams: theory versus experiment / A.S. Desyatnikov, V.G. Shvedov, A.V. Rode, W. Kro­likowski, Yu.S. Kivshar // Optics Express. – 2009. – Vol. 17(10). – P. 8201-8211.
  5. Pan, Y.-L. Trapping of individual airborne absorbing particles using a counterflow nozzle and photophoretic trap for continuous sampling and analysis / Y.-L. Pan, C. Wang, S.C. Hill, M. Coleman, L.A. Bereshev, J.L. Santarpia // Applied Physics Letters. – 2014. – Vol. 104(11). – P. 113507.
  6. Lin, J. Optical trapping and rotation of airborne absorbing particles with a single focused laser beam / J. Lin, Y.-Q. Li // Applied Physics Letters. – 2014. – Vol. 104(10). – P. 101909.
  7. Chen, Z. Observation of trapping and transporting airborne absorbing particles with a single optical beam / Z. Zhang, D. Cannan, J. Liu, P. Zhang, D.N. Christodoulides, Z. Chen // Optics Express. – 2012. –Vol. 20(15). – P. 16212-16217.
  8. Ling, L. Measurement of Raman spectra of single airborne absorbing particles trapped by a single laser beam / L. Ling, Y.-Q. Li // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38(4). – P. 416-418.
  9. Ashkin, A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure / A. Ashkin // Physical Review Letters. – 1970. – Vol. 24(4). – P. 156-159.
  10. Oster, G. Radiometric levitation of micron sized spheres / M. Lewittes, S. Arnold, G. Oster // Applied Physics Letters. – 1982. – Vol. 40(6). – P. 455-457.
  11. Arlt, J. Generation of a beam with a dark focus surrounded by regions of higher intensity: the optical bottle beam / J. Arlt, M.J. Padgett // Optics Letters. – 2000. – Vol. 25(4). – P. 191-193.
  12. Chen, Z. Trapping and transporting aerosols with a single optical bottle beam generated by moiré techniques / P. Zhang, Z. Zhang, J. Prakash, S. Huang, D. Hernandez, M. Salazar, D.N. Christodoulides, Z. Chen // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36(8). – P. 1491-1493.
  13. Hnatovsky, C. Robust trapping and manipulation of  airborne particles with a bottle beam / V.G. Shvedov, C. Hnatovsky, A.V. Rode, W. Krolikowski // Optics Express. – 2011. – Vol. 19(18). – P. 17350-17356.
  14. Pan, Y.-L. Photophoretic trapping of absorbing particles in air and measurement of their single-particle Raman spectra / Y.-L. Pan, S.C. Hill, M. Coleman // Optics Express. – 2012. – Vol. 20(5). – P. 5325-5334.
  15. Скиданов, Р.В. Формирование массива световых «бутылок», основанное на использовании суперпозиции пучков Бесселя / Р.В. Скиданов, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 1. – С. 80-90.
  16. Скиданов, Р.В. Формирование массива полых пучков для осаждения и позиционирования микрочастиц / Р.В. Скиданов, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 3. – С. 387-394.
  17. Porfirev, A.P. Generation of an array of optical bottle beams using a superposition of Bessel beams / A.P. Porfirev, R.V. Skidanov // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52(25). – P. 6230-6238.
  18. Rykov, M.A. Various superpositions of Bessel beams for capture and controlled rotation of microobjects / A.P. Porfirev, A.A. Morozov, M.A. Rykov, S.V. Ganchevskaya, R.V. Skidanov // Proceedings of SPIE. – 2014. – Vol. 9164. – P. 91643D.
  19. Krolikowski, W. Optical vault: A reconfigurable bottle beam based on conical refraction of light / A. Turpin, V. Shvedov, C. Hnatovsky, Yu.V. Loiko, J. Mompart, W. Krolikowski // Optics Express. – 2013. – Vol. 21(22). – P. 26335-26340.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20