Optical forces generated by evanescent standing waves and their usage for sub-micron particle delivery

0043771 - ÚPT 2007 RIV DE eng J - Journal Article
Šiler, Martin - Čižmár, Tomáš - Šerý, Mojmír - Zemánek, Pavel
Optical forces generated by evanescent standing waves and their usage for sub-micron particle delivery.
[Optické síly vytvořené evenescentní stojatou vlnou a jejich využití k dopravovaní submikrometrových částic.]
Applied Physics B-Lasers and Optics. Roč. 84, 1-2 (2006), s. 157-165. ISSN 0946-2171. E-ISSN 1432-0649
R&D Projects: GA AV ČR IAA1065203; GA MŠMT(CZ) LC06007
EU Projects: European Commission(XE) 508952 - ATOM3D
Institutional research plan: CEZ:AV0Z20650511
Keywords : total internal reflection * evanescent wave * optical force * colloidal particle * Rayleigh particle * interference optical trap
Subject RIV: BH - Optics, Masers, Lasers
Impact factor: 2.023, year: 2006

Recently a non-contact organization of sub-micron colloidal particles on the surface attracted a great attention in connection with development of imaging techniques using total internal reflection. We focus here on the theoretical description of the optical forces acting on a sub-micron particle placed in an interference field created by two counter-propagating evanescent waves. We study behavior of nanoparticles by means of Rayleigh approximation as well as sub-micron particles by Lorentz-Mie scattering theory. Numerical results elucidate how these forces depend on the particle size and angle of incidence of both beams. The alternating dependence on the bead size was proved experimentally and the sub-micron beads behavior was experimentally studied in the motional evanescent standing wave. Self-organization of beads into linear chains was observed.

Bezkontaktní organizace submikrometrových koloidních částic na povrchu je oblast, která se v poslední době prudce rozvíjí a to např. ve spojení se zobrazovacími technikami, které využívají totální odraz světla. Zaměříme se zde na teoretický popis optických sili působících na částici s rozměry mensími jak 1 mikrometr. Tato částice je umístěna v interferenčním poli vytvořeném dvěma evanescentními protiběžnými vlnami. Síly působící na nanočástice budeme studovat pomocí Rayleighovy aproximace a síly působící na submikrometrové částice pomocí Lorentz-Mieovy teorie rozptylu. Numerické výsledky osvětlí jak tyto síly závisí na velikosti částice a na úhlu dopadu obou svazků. Změny působích sil závisející na velikosti částice jsou prokázány experimentálně a dále je sledováno chování submikrometrových částic v pohybující se evanescentní stojaté vlně. Také prokážeme lineární samorganizaci částic.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0136681