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具有超高数值孔径超颖透镜的纳米粒子操纵力分析

Manipulation force analysis of nanoparticles with ultra-high numerical aperture metalens.

作者信息

Wang Yan, Peng Miao, Cheng Wei, Peng Zheng, Cheng Hao, Ren Xiaodong, Zang Shengyin, Shuai Yubei, Liu Hao, Wu Jiagui, Yang Junbo

出版信息

Opt Express. 2022 Aug 1;30(16):28479-28491. doi: 10.1364/OE.462869.

DOI:10.1364/OE.462869
PMID:36299042
Abstract

Metalens optical tweezers technology has several advantages for manipulating micro-nano particles and high integration. Here, we used particle swarm optimization (PSO) to design a novel metalens tweezer, which can get 3-dimensional trapping of particles. The numerical aperture (NA) of the metalens can reach 0.97 and the average focusing efficiency is 44%. Subsequently, we analyzed the optical force characteristics of SiO particles with a radius of 350 nm at the focal point of the achromatic metalens. We found the average maximum force of SiO particles in the x-direction and z-direction to be 0.88 pN and 0.72 pN, respectively. Compared with the dispersive metalens, it is beneficial in maintaining the constant of optical force, the motion state of trapped particles, and the stability of the trapping position.

摘要

超构透镜光镊技术在操控微纳粒子和实现高度集成方面具有诸多优势。在此,我们利用粒子群优化算法(PSO)设计了一种新型超构透镜光镊,它能够实现对粒子的三维捕获。该超构透镜的数值孔径(NA)可达0.97,平均聚焦效率为44%。随后,我们分析了半径为350 nm的SiO粒子在消色差超构透镜焦点处的光力特性。我们发现,SiO粒子在x方向和z方向的平均最大力分别为0.88 pN和0.72 pN。与色散超构透镜相比,它有利于保持光力常数、被捕获粒子的运动状态以及捕获位置的稳定性。

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