Дифракционные оптические элементы для захвата и контролируемого поворота микрообъектов

Abstract

Рассмотрен метод формирования световых ловушек для контролируемого вращения микрообъектов с помощью вихревых аксиконов. Представлены результаты эксперимента по захвату и разнонаправленному вращению полистироловых микрочастиц диаметром 5 мкм. Вихревые световые пучки используются при передаче информации [1], в системах оптического контроля [2], в оптическом микроманипулировании [3, 4]. При этом наличие орбитального углового момента предопределило использование оптических вихревых пучков, прежде всего, для вращения микрообъектов. Большинство используемых вихревых пучков имеют чётко выраженную кольцевую структуру. Но существуют световые пучки, имеющие более сложную структуру [5, 6], в виде замкнутых световых линий. В качестве практического использования таких световых пучков чаще всего рассматривается оптический привод для микромеханических систем [7 - 11], но существует множество других практических задач в области микроманипуляции, в которых используются вихревые пучки [12, 13]. При этом орбитальный угловой момент может появляться даже при сложении пучков, которые изначально не обладают им. Так, в [14] описывается суперпозиция световых пучков Эрмита-Гаусса с орбитальным угловым моментом. В [15] описывается создание суперпозиции вихревых пучков для вращения микрочастиц и бактерий с использованием динамического модулятора света. Суперпозиция вихревых пучков в общем случае имеет сложную структуру распределения интенсивности [16, 17] (в общем случае некольцевую). В [18, 19] описывается метод формирования суперпозиции вихревых пучков, имеющих некольцевую структуру, и теоретически и экспериментально обосновывается возможность использования таких вихревых полей в задаче оптического вращения микрообъектов.