THORLABS EDU-OT1 Handbuch Seite 9

Tragbare Optische Pinzette
Feld des Lasers räumlich näherungsweise konstant erscheint, d.h. zu einem bestimmten
Zeitpunkt ist die Stärke des elektrischen Feldes für alle Punktdipole des Kügelchens
gleich groß. Daraus folgt, dass für alle
groß ist. Die aus den induzierten Dipolmomenten entstehende Polarisation
wobei die elektrische Suszeptibilität,
Volumen des Kügelchens ist. Die potentielle Energie
Dipolmoment im elektrischen Feld
Volumen Punktdipole gibt, ist die Energiedichte im Kügelchen gegeben durch
Das Auftreten der Gradientenkraft, also einer Kraftkomponente, die in Richtung des
Intensitätsgradienten des einfallenden elektrischen Feldes gerichtet ist, kann man sich
erklären, wenn man diese potentielle Energie
betrachtet. Gleichung (2) besagt, dass
Gleichung (3) proportional zu
Die Kraft auf das Teilchen, ausgeübt durch das einfallende Feld, ist proportional zum
Gradienten der potentiellen Energie
. Es ergibt sich für die Gradientenkraft:
Dabei ist die Polarisierbarkeit der Dipole und
des Partikels (in unserem Fall also Polystyrol) zum Brechungsindex des umgebenden
Mediums (in unserem Fall Wasser). Die destabilisierende Streukraftkomponente
erklärt man sich durch die Streuung des einfallenden Lichts am Partikel. Die Kraftwirkung
entsteht durch das Absorbieren und isotrope Wiederaussenden des Lichts durch das
Kügelchen. Da
daraus resultierende Kraft lässt sich folgendermaßen angeben:
die einfallende Intensität und der Streuquerschnitt des einfallenden Lichts.
Dabei ist
Wichtig ist: Die Streukraft ist proportional zur Intensität und zeigt in die Strahlrichtung.
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1
⋅
und somit zur Intensität ∝
≪
gilt, sind die Bedingungen für die Rayleigh-Streuung erfüllt. Die
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Punktdipole das induzierte Dipolmoment gleich
⋅ ⋅ ⋅
die elektrische Feldkonstante und
ist
⋅ ⋅
des Kügelchens im elektrischen Feld
proportional zu
und somit proportional zum Intensitätsgradienten
2
1
2
das Verhältnis vom Brechungsindex
⋅
1
3 2
MTN002252-D03 Rev E, 29.September, 2016
⋅
eines der Punktdipole mit
. Da es im Kügelchen mit dem
⋅
ist. Damit ist
des einfallenden Feldes.
ist dann
(2)
das
(3)
nach
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)