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Tragbare Optische Pinzette
In Abbildung 7 sind nun jeweils die Gradientenkraft, die Streukraft und die resultierende
Gesamtkraft in Abhängigkeit von der Position S des Strahlfokus relativ zum Radius R der
Kugel aufgetragen. Wir verschieben hierbei die Fokusposition entlang der z-Achse von
unten nach oben durch die Mitte einer Probenkugel. Die Kurven wurden nach obigen
Gleichungen mit typischen Parametern berechnet. Es wurden beliebige, aber sinnvolle
Parameter gewählt, da hier lediglich der qualitative Verlauf der Funktionen betrachtet wird.
Die Kräfte sind daher in willkürlichen Einheiten angegeben (a.u. = arbitrary units). Der Wert
1 entsprich der Fokusposition auf dem Kugelrand genau über dem Kugelmittelpunkt, -1 ist
die Fokusposition am unteren Kugelrand unterhalb des Kugelmittelpunkts.
Man erkennt daraus:
1.
Die Gradientenkraft wirkt stabilisierend, und zwar immer in Richtung des Fokus.
Ist beispielsweise ��/�� ≥ 0, so befindet sich der Fokus oberhalb des
Kugelmittelpunkts. Dann ist aber ��
wird also in den Fokus gezogen.
2.
Die Streukraft wirkt immer in Richtung des Gesamtstrahls, in unserem
betrachteten Fall nach unten. Man erkennt das daran, dass ��
Bereich gilt.
Befindet sich der Fokus unterhalb des Kugelmittelpunkts, d.h. ist ��/�� ≤ 0, so
3.
wirken Streu- und Gradientenkraft in dieselbe Richtung. Ist der Fokus oberhalb
des Kugelmittelpunkts, also ��/�� ≥ 0, so zeigen die beiden Kräfte in
entgegengesetzte Richtungen.
Rev B, 08. Juli 2019
Verschiebung des Fokus ��/�� [Radius Kugel]
Betrachtung aller Kräfte bei Verschiebung des Fokus in z-
Gradientenkraft, ��
Streukraft, ��
��,������
Gesamtkraft, ��
6
Richtung
≤ 0, die Kugel erfährt eine Kraft nach oben,
��
Kapitel 4: Grundlagen
��,������
������
≥ 0 im gesamten
��
Seite 13
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