2018年的諾貝爾物理學獎獲得者Arthur Ashkin發(fā)明的一個重量級的武器——光鑷(Optical tweezer)，為人類科技的發(fā)展帶來了巨大的貢獻。"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梯度力進行光學捕獲和操控小型介質(zhì)粒子。Ashkin是許多研究的"第一人"——他第一個觀察到作用于原子的光學梯度力、第一個實現(xiàn)激光冷卻原子的"光學粘膠"，同時也是第一個觀察到光對原子的捕獲現(xiàn)象的人。并且他將光學捕獲技術(shù)發(fā)展到了捕獲并操控活體材料——例如細菌、病毒和細胞。將材料"夾"在一定的位置的激光技術(shù)被稱為"光鑷". 通過這項研究，Ashkin 探索了細胞的內(nèi)部，操控細胞的內(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?？梢岳鋮s并捕獲原子的技術(shù)引領(lǐng)了基礎科學里程碑式的進步，例如原子蒸氣中玻色愛因斯坦冷凝物（Bose-Einstein condensates）的創(chuàng)造。

"單光束粒子阱實質(zhì)上是光輻射壓梯度力阱,是基于散射力和輻射壓梯度力相互作用而形成的能夠網(wǎng)羅住整個米氏和瑞利散射范圍粒子的勢阱。它是由高度匯聚的單束激光形成的,可彈性地捕獲從幾nm 到幾十μm 的生物或其他大分子微粒(球) 、細胞器等,并在基本不影響周圍環(huán)境的情況下對捕獲物進行亞接觸性、無損活體操作。這使得在單個生物大分子及其復合體層面上對生命活動進行研究成為可能,事實上光鑷很快成為這方面研究的有力工具。"——天津大學姚建銓院士《光鑷技術(shù)的發(fā)展與應用》

濱松在光鑷領(lǐng)域也有諸多產(chǎn)品可供用戶選擇。

# 可以同時產(chǎn)生多個光鑷的空間光調(diào)制器（LCOS-SLM）

通過小小的液晶屏，就可以將一束普通高斯光編程許多個"高級鑷子"，例如攜帶軌道角動量可以讓粒子旋轉(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，還可以同時產(chǎn)生多個三維空間分布的光阱。

# 可以觀察光鑷工作的科研級sCMOS相機

對于光鑷應用中的相機來說，有兩個關(guān)鍵參數(shù)需要注意——分辨率和幀速

1.分辨率

由于光鑷所操控的粒子都是細胞器級別的非常微小的粒子，所以在光學系統(tǒng)（顯微鏡）分辨率一定的情況下，相機的分辨率越高，就越能看清楚捕獲微觀粒子的細節(jié)。關(guān)于相機分辨率的詳細科普，請閱讀→相機像素尺寸（像元大小）和成像系統(tǒng)分辨率之間的關(guān)系。

2.幀速

為了保持被操控粒子的活性，光鑷對微觀粒子操控的速度是非?？斓模虼司托枰鄼C有足夠高的幀速來捕獲微觀粒子的運動。可以說高速是光鑷的核心需求。"光鑷是一種非接觸式3D定位方法，適用于微米/納米級別的操縱和組裝等領(lǐng)域。在這些應用中，在高速下相對長距離操縱粒子的能力對于確定整體工藝效率和產(chǎn)量至關(guān)重要。"——https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b07914?src=recsys&journalCode=ancac3

而對于相機來說，幀速越高，意味著曝光時間越短，曝光時間短會導致相機接收到的信號弱，這樣為了保證圖像足夠清晰，就需要相機有足夠高的信噪比，也就是相機的噪聲要足夠小才能達到這樣的高幀速。

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。