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1. 研究目的与意义（文献综述）
1969年，A.Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现了微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周边介质的折射率）。在对两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A.Ashkin等人有发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱”（single-beam optical gradient force trap）。由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性，无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了极大的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。2018Ashkin获得了诺贝尔物理学奖，这证明了光镊和光操纵已经成为了许多科学领域，细胞生物学，化学，胶体科学和物理学等等学科的重要组成部分。
光镊系统通常由激光光源，激光扩束滤波光路，光镊移动控制环节，位移检测部分和传统的光学显微镜组成。新发展的光纤光镊技术很好的解决了，基于显微镜的光镊仪器体积庞大，价格昂贵，样品移动自由度小等限制，光纤光镊的光路分离，可使光阱及其操纵与光学显微镜分离，光学显微镜只起到观测作用。近年的发展的单光纤光镊光镊领域发展了25年左右，光镊技术专利主要分布在美日欧等地区，通过对单光纤光镊与倒置显微式光镊更多的研究了解，能对继往开来的科学实验提供有力帮助。
2. 研究的基本内容与方案
传统的光镊可以做到强大的粒子操纵能力，特别是它们与空间光调制器结合时，可以实现多包装和复杂的操作，所以传统光镊在活体细胞操作有很大的应用前景。虽然光纤镊子不足以随意操纵多粒子，但也可以捕获数个粒子并排列它们。二者都是拥有很多优缺点的。传统光镊尺寸大，视野小，工作距离短。光纤光镊由光源和光纤组成，具有很高的灵活性，不受电磁干扰，具有很好的生物相容性。
目前光镊技术主要应用于以下几个方面：（一）生命科学由于光镊可实现对生物活体样品无接触式的捕获和操纵，因此光镊技术应用主要方面就是生物学，特别是生物大分子，生物细胞等等研究，如我们可以使用光镊对细胞，细胞器及染色体进行捕获，分选。操纵，弯曲细胞骨架，克服分子马达力引起的细胞旋转动力，测定马达蛋白作用力及对膜体系进行定量研究。ashkin最初运用光镊技术实现了对病毒和细菌的捕获和操纵。（二）表面科学及凝聚态物理等领域以missawa为代表的日本研究小组设计了一种光镊分时操作装置，使一束光可形成多达8个独立的光阱。利用这个装置对乳胶微粒进行了操作，能有效控制粒子流动方向，自由选择颗粒大小以及空间图案的排布。除此之外，他们还发现表面结合了极性或非极性功能分子团的聚苯乙烯小球与溶液中的荧光探针分子相互作用，可使后者发射的荧光波长和强度发生变化，从而通过荧光信号可以探知小球表面的化学性质。（三）微操控及微细加工领域光镊作为微小位移操纵手段和粒子间微笑相互作用力的探针，适合研究微粒的运动特性，微粒间的相互作用，微粒的排布和纳米器件的组装与检测等。在更为复杂的操作过程中，通过改变两束激光的路径差，可使光阱中的微颗粒发生可控制性旋转，加速及停止等，也可以通过改变两束激光的频率差，对光阱中的微结构实施可控及连续性的旋转。（四）光子晶体领域 光子晶体是近年来应用物理和材料学的一个重要领域，它是介质颗粒周期排列而成的人工材料，能够产生光子带隙，频率落在带隙内的光在晶体内沿任何方向都不能传播。这时就可以利用光镊对光子晶体进行排列。制备光子晶体时，无法避免产生各种缺陷态，利用光镊技术对产生的缺陷进行修复以及对已生成的晶体进行调整，最终生成大面积无缺陷的三维光子晶体。 除此之外，光镊技术还有更多方面的应用场景。光镊作为一种较为成熟的研究工具，再进一步深入研究将有效地促进生命科学，医学，材料科学，物理学，化学及纳米技术等领域的研究和发展，与此同时，在我们的共同探索下，也必将出现新的研究方法和研究领域。
作为21世纪具有重要科学应用前景的光镊技术，本次研究着重探讨两种光镊的各自适用场合。拟采用横向比较的方式，在提供相同捕获光源的情况下，使用单光纤光镊和倒置显微式光镊对酵母菌和聚苯乙烯小球的进行捕获和操纵，并测量和计算出相应的捕获力，阱深，逃逸速度等。根据数据和计算结果，讨论出两种光镊的更适用场合。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解倒置显微式光镊和单光纤光镊的发展背景与现状， 完成开题报告。
第4－6周：了解倒置显微式光镊的物理结构、工作原理和主要应用。计算并测量光镊对酵母菌和聚苯乙烯小球的捕获能力（捕获力、阱深、逃逸速度）。
第7－9周：了解单光纤光镊的原理与应用，计算并测量光纤光镊对酵母菌和聚苯乙烯小球的捕获能力（捕获力、阱深、逃逸速度）。
4. 参考文献（12篇以上）
1.r.s.rodrigues ribeiro,o.soppera,a.oliva,a.guerreiro,p.a.sjorge (2015) new trends on optical fiber tweezers
2. xiaotong zhang (张晓彤) , shitai yang (杨世泰) , and libo yuan (苑立波) (2019)
optical-fiber-based powerful tools for living cell manipulationg[invited]
