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激光的能量及传递
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我们知道光是电磁波,电磁波不仅携带能量,而且也携带动量。光与物体相互作用的同时传递给物体能量和动量。平时我们能感觉到太阳的温暖或炉火的灼热,为什么不觉得受到压力呢,那是因为单个光子的能量极其微弱(∽10-14μJ),太阳或普通光源发射的光又是各个方向的,光子的密度也非常稀疏,所以光的辐射压力就非常非常小。如太阳直射地球表面的光压力每平方米只有0.5达因,相当于每厘米受到0.1克力。这么小的力我们自然感觉不到它的存在。

激光的单位发光面积产生的光功率比太阳高仟倍。60年代激光问世以后,具有高光子密度的激光才使光具有动量这一属性得到充分的显示。科学家不仅用光的力学性质来冷却原子,还发明了光镊这项奇特的新技术,光镊产生的10-12牛顿力实现对微小粒子的捕获与操控。可见高光子密度光束的力量是不容忽视的。

光是怎样传递力的呢。我们看到一光束经透镜时会发生偏折,这种折射使动量由光传递给了透镜的结果。如果我们把微小的粒子(细胞看作透镜并且作用于细胞的光子密度足够强大,在光的"驱赶"下细胞将产生运动,即光经过细胞发生偏折,细胞改变了动量,根据动量交换原则,细胞的动量也发生改变,因而受到力的作用。光与物体相互作用这一现象我们称为光的力学效应。

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光与物体相互作用力的传递过程

当光束的入射角足够大时,也就是光束会聚得越厉害,在垂直于光的传播方向和沿着光的传播方向上都能形成强的梯度场,粒子受到的垂直于光束传播方向的横向梯度力能使粒子向光轴方向聚拢,沿着光束传播方向的纵向梯度力的作用使粒子趋向光束焦点运动,犹如光束把粒子从各个方向拉到自己的中心焦点。这就是单光束梯度力光阱-光镊。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (4/9/2011)
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