最近，小編被我司的工程師小姐姐安利了一部據(jù)說是英國最長壽的科幻劇《神秘博士》（Doctor Who）。在2018年底剛剛回歸的十一季中，新上任的第十三任Doctor造出了一件亮眼的神器——升級(jí)版音速起子，可謂是上可打外星人，下可開防盜門，有點(diǎn)無所不能的意思。
 
而在咱們現(xiàn)實(shí)的物理學(xué)領(lǐng)域，雖然沒有這樣的“起子”，但卻有一個(gè)了不起的“鑷子”。那就是2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Arthur Ashkin發(fā)明的“光鑷（Optical Tweezer）”。
 
“光鑷之父”Arthur Ashkin早在1986年就發(fā)明了光鑷，他的工作核心是利用光學(xué)梯度力進(jìn)行光學(xué)捕獲和操控小型介質(zhì)粒子。同時(shí)，他也是許多研究的“第一人”：
 
第一個(gè)觀察到作用于原子的光學(xué)梯度力
第一個(gè)實(shí)現(xiàn)激光冷卻原子的“光學(xué)粘膠”
第一個(gè)觀察到光對(duì)原子的捕獲現(xiàn)象
 
并且，Arthur Ashkin將光學(xué)捕獲技術(shù)發(fā)展到了捕獲并操控活體材料，例如細(xì)菌、病毒和細(xì)胞。而將材料“夾”在一定位置的激光技術(shù)，則被稱為“光鑷”。
 
通過這項(xiàng)研究，Ashkin探索了細(xì)胞的內(nèi)部，操控細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且奠定了發(fā)現(xiàn)更好地了解人體健康、疾病狀態(tài)方法的基礎(chǔ)。可以冷卻并捕獲原子的技術(shù)，則引領(lǐng)了基礎(chǔ)科學(xué)里程碑式的進(jìn)步，例如原子蒸氣中玻色愛因斯坦冷凝物（Bose-Einstein condensates）的創(chuàng)造。
 
那么，這神奇的光鑷要怎么“打造”呢？這時(shí)候需要登場的，就是空間光調(diào)制器（LCOS-SLM）了。
 
可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)光鑷的空間光調(diào)制器（LCOS-SLM）    
如上圖所示，通過SLM小小的液晶屏，就可以將一束普通高斯光編程許多個(gè)“高級(jí)鑷子”，例如攜帶軌道角動(dòng)量可以讓粒子旋轉(zhuǎn)起來的“渦旋光”，無衍射的“貝塞爾光”等等。由于其可編程的特性，還可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)三維空間分布的光阱。
   
下面來表演一下：
  對(duì)于濱松的空間光調(diào)制器來說，自帶軟件還專門配有“光鑷模式”，可以根據(jù)用戶的具體需求“量身定制”（PS.三維多焦點(diǎn)也是可以提供軟件定制的哦~）。下面就由咱們的工程師小姐姐來為大家介紹介紹~ 點(diǎn)擊此處，觀看視頻>>
 
可以觀察光鑷工作的科研級(jí)sCMOS相機(jī)
 
除了要“打造”出光鑷，對(duì)于它的工作狀態(tài)也是需要進(jìn)行觀測，這時(shí)候科研相機(jī)就是一個(gè)重要的“記錄者”。在光鑷應(yīng)用中，相機(jī)有兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)是需要注意的：分辨率和幀速
 
# 分辨率
 
由于光鑷所操控的粒子都是細(xì)胞器級(jí)別的非常微小的粒子，所以在光學(xué)系統(tǒng)（顯微鏡）分辨率一定的情況下，相機(jī)的分辨率越高，就越能看清楚捕獲微觀粒子的細(xì)節(jié)。
 
# 幀速
 
“光鑷是一種非接觸式3D定位方法，適用于微米/納米級(jí)別的操縱和組裝等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，在高速下相對(duì)長距離操縱粒子的能力對(duì)于確定整體工藝效率和產(chǎn)量至關(guān)重要。”（摘自論文Fundamental Limits of Optical Tweezer Nanoparticle Manipulation Speeds）
 
為了保持被操控粒子的活性，光鑷對(duì)微觀粒子操控的速度是非�？斓模虼司托枰鄼C(jī)有足夠高的幀速來捕獲微觀粒子的運(yùn)動(dòng)。可以說“高速”是光鑷的核心需求。
 
而對(duì)于相機(jī)來說，幀速越高，意味著曝光時(shí)間越短，曝光時(shí)間短會(huì)導(dǎo)致相機(jī)接收到的信號(hào)弱。這樣為了保證圖像足夠清晰，就需要相機(jī)有足夠高的信噪比，也就是相機(jī)的噪聲要足夠小才能達(dá)到這樣的高幀速。
 
例如在Matti Kinnunen, Adjunct Professor of University of Oulu 的例子“OPTICAL TWEEZERS: PRINCIPLES AND SELECTED APPLICATIONS”中，就使用了1000幀/秒的幀速來拍攝2.54μm的二氧化硅小球。
   
濱松除了空間光調(diào)制器外，還可為光鑷應(yīng)用提供具備高速、高靈敏度的ORCA系列科研級(jí)相機(jī)。