انبرک های نوری

مقدمه:

یوهانس کپلرمنجم المانی در حین مشاهداتش متوجه شد که انتها(دم)دنباله دارها همیشه از خورشید دور میشوند.این موضوع میتواند نشان دهنده ای این باشد که خورشید نوعی فشار تابشی وارد می کند.بر این اساس بود که او در سال1609م ایده ی سفر از زمین به ماه توسط نور را مطرح کرد که البته از ان زمان تاکنون در حد یک تخیل باقی مانده است ولی اکنون بعد از 400 سال ایده ی اولیه اومبنی بر حرکت دادن اجسام با نوربسیار به واقعیت نزدیک شده است.

در سال1873ماکسول بطورنظری اثبات کرد که نور میتواندبه ماده نیرو وارد کند(معمولا به عنوان فشار تابشی یا "نیروی نور"شناخته میشود).60سال بعد فریسک توانست جریانی از اتم های سدیم رابا بمباران کردن ان توسط نور یک لامپ سدیم منحرف کند.در سال1975اسکاولوف و هنش ایده ی استفاده از لیزر برای به دام انداختن اتم ها را مطرح ساختند ویک دهه ی بعد استیون شو از ازمایشگاه بل موفق به دستیابی به تکنیک سرد کردن سه بعدی به نام optical molassesشد.(که برای اوجایزه نوبل سال1997را به ارمغان اورد).این تکنیک های اولیه همه یا از دو پرتونور استفاده می کردندویا به نیروی دیگر مانند میدان گرانش یا میدان الکتریکی برای به وجود اوردن تعدل پایدار نیاز داشتند

در سال1986 ارتور اشکین از ازمایشگاه بل موفق شد با استفاده از یک پرتونور لیزرکره های شفاف از جنس latexرا در اب معلق نگه دارد ویک سال بعد از ان نیز توانست موجودات بیولوژیکی(باکتری وپروتوزا)را با یک پرتو نور لیزر به دام بیندازد بدین ترتیب بود که انبرک های نوری ویا دام نوری به دنیای علم وارد شد.(بسیاری ارتور اشکین را پدر این شاخه میشناسند.

انبرک نوری به بیانی تحقق واقعی رویای برهمکنش نور و ماده است.ارتور اشکین برای اولین باربا استفاده از برایند نیروی پراکندگی نور و جاذبه توانست این کره دی الکتریک را در اب نگه دارد.در قدمهای بعدی با استفاده از یک نیروی گرادیانی توسط یک باریکه کانونی شده توانتست یک تله سه بعدی ایجاد کند که امروزه انبرک نوری نامیده میشود.

اساس کار انبرک نوری به این صورت است که نورپس از عبور از یک جسم شفاف که ضریب شکست ان اندکی با ضریب شکست محیط اطراف متفاوت است شکسته شده وزاویه ی ورود وخروج نور از این جسم متفاوت میشود این به معنای تغییرتکانه ی خطی نورو به تبع ان وجود یک نیروی خالص است.طبق قاتون سوم نیوتن این نیرو به جسم مقابل هم وارد میشود حال اگر چیدمان شرایط به گونه ای باشد که برایند این نیروها به سمت یک نقطه خاص باشد ذره در اثرعبور باریکه نوردر ان نقطه خاص به دام می افتد.

انبرک نوری قابلیت به تله انداختن ذراتی از مرتبه ی چند ده نانومتر تا چندمیکرون را دارد و میتوان برای اندازه گیری نیرو های در حد پیکونیوتون استفاده کرد.

امکان تله اندازی ذرات با استفاده از لیزر های دیودی با طول موج1064نانو متر انبرک نوری رابه یک وسیله محبوب و مفید برای تحقیقات علوم زیستی تبدیل کرده است.میدانیم که قسمت عمده محیط ها وسلول های زنده اب است و اب در این طول موج جذب بسیار پایینی دارد بنابراین نه تنها میتوان با تله کردن ذره به عنوان دستگیره برای بررسی نمونه های زنده استفاده کرد بلکه میتوان خود ذرات زنده از جمله باکتری ها وموجودات زنده میکرونی رانیز بدون به خطر افتادن حیاتشان بدام انداخت.

این روزها تحقیقات گسترده ای در زمینه کششDNAوRNAویا میکرودستکاری ارگانیزم های زنده همچون گلبول قرمز انجام میشود که در جهت شناخت خواص مکانیکی انها بسیار مفید است.با توجه به موارد اشاره شده در بالا اگر به انبرک نوری به عنوان ابزاری حساس برای اعمال واندازه گیری نیرو نگاه کنیم باید شناخت کاملی از نوع نیرویی که توسط ان وارد میشود داشته باشیم تا بتوان روند درست تغییرات در جسم مورد دستکاری را بر حسب نیروی وارده بدست اورد.