本實驗室光鉗系統嵌住力的測量與計算

目前本實驗室的光鉗系統剛架設完成，對於光鉗嵌住力的大小還不明

確，因此我們憑著目前對光鉗的了解，設計一連串的實驗，為的是幫助我 們熟悉操作方法以及了解如何應用在微力測量上。藉由文獻上的公式，我 們求出功率與嵌住力的關係，並且得到光鉗的嵌住效率。

4.2.1 雷射功率測量

第三章提過，旋轉 λ/2WP 可以調整雷射功率。因為雷射通過物鏡，聚 焦後會強烈散射，直接在物鏡上方量測功率會非常不準確。正確的量測方 法是在雷射光通過物鏡前量測，因為此時雷射光是經過擴束後的平行光，

且單位面積的光強度不會太強而傷害功率計。測量到的功率，必須再乘以 物鏡的穿透率，才是真正雷射聚焦後嵌住微粒的功率。然而雷射對於物鏡 的穿透率，和物鏡本身的設計以及雷射波長有關，本實驗室是使用Leica 型 號506159，100 倍油鏡，對於波長 1064nm 的紅外光雷射穿透率為 0.6。旋 轉λ/2WP，每隔 5 度所量測到的功率如圖 4-3。

圖 4-3 雷射功率對刻度關係圖

旋轉刻度後發現，雷射的功率是每 90 度為一個循環，最大值在刻度 80 左右，約為 320mW。且因為光學儀器PBS難免在製作上有極限，讓少許部 份的s極化光通過，最小值不為零，約為 3.65mW。若是由理論公式(3-6)，

則P₀=320mW，且點資料經過趨近有後，得到

， (4-3)

) 90 / ) 12 ((

cos

320

θ + π

= P

θ

圖 4-4 嵌住雷射功率對刻度關係圖

4.2.2 雷射功率對逃脫速度的關係

由第二章的理論公式(2-4)得知，嵌住力 F=npQ/c，表示雷射嵌住力和功 率成正比，因此理論上來說，雷射功率越大，逃脫速度也就越大。旋轉λ/2WP 可以控制雷射的功率以調整嵌住力的大小，我們每旋轉一度去改變雷射功 率，做微粒逃脫速度的量測實驗。得到逃脫速度的方法為:先用光鉗嵌住微 粒，然後用搖桿沿著一定的方向移動，然後調整電壓旋鈕，慢慢加大速度，

直到微粒脫離為止。之後將虛擬儀表板紀錄的座標歸零，以同樣的電壓旋 鈕刻度，再讓搖桿移動10 秒，紀錄位移量，除以秒數就可算出移動速度，

即為逃脫速度。每轉一度 λ/2WP 改變雷射功率，紀錄逃脫速度，每一刻度 都至少做5 次以上的實驗。得到 λ/2WP 每一刻度的逃脫速度如圖 4-5。

圖 4-5 逃脫速度對刻度關係圖

利用圖4-4 把刻度和對應的功率做轉換，並將各刻度下得到的五次逃脫速度 取平均值，做成圖4-6。

圖 4-6 平均逃脫速度對雷射功率關係圖

由圖4-6 可知，功率越大，逃脫速度越大，代表嵌住力越大。且電動載物平

台的移動速度，極速約為200µm/s，因此當速度到達極速時，可提供的最大 公式可知，水在0℃到 370℃之間，黏滯係數(dynamic viscosity)為

， (4-4)

圖4-7 最大嵌住力對雷射功率關係圖