[发明专利]光学操纵设备

说明书

提出了一种被配置用于辐射所聚焦的电磁波束的设备。这种设备包括：‑第一部分(101)和第二部分(102)，分别具有第二折射率n₂和第三折射率n₃以及第一W₁和第二W₂；‑第一接触区域(100e1)，其旨在位于具有第一折射率n₁的主介质之间，并且其中微米颗粒或纳米颗粒旨在被所述设备辐射的聚焦电磁波束捕获或移动；‑第二接触区域(100e2)，其位于所述第一部分和所述第二部分之间；以及‑第三接触区域(100e3)，其旨在位于所述第二部分和所述主介质之间。当入射电磁波(IEM)照射所述设备时，所聚焦的电磁波束由第一、第二和第三接触区域分别辐射的第一射束(NJ1)、第二射束(NJ2)和第三射束(NJ3)当中的至少两个射束的组合产生。该设备被配置成使所聚焦的电磁波束的传播方向相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜。

1.技术领域

本公开涉及光学和光子学领域，并且更具体地涉及可以例如用于捕获或移动微米颗粒或纳米颗粒的光学操纵设备。

本公开在必须捕获和/或操纵中性颗粒的任何领域中都是有意义的，例如在原子物理学、非线性物理学、生物学和医学等中。

2.技术背景

本部分旨在向读者介绍可能与下面描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应就此而论来阅读，而不是作为对现有技术的承认。

光子聚集光束或光子“纳米射流(nanojets)”通常涉及小于衍射极限的横向光束宽度的产生，并且涉及在若干波长上传播而没有显著发散。纳米射流的结构化场可以引起特定的光学力，从而提供沿着纳米射流EM(“电磁”)场轨迹操纵微米或纳米颗粒的可能性。

由于光学操纵设备(如，光镊)是生物和医学应用中的强大的非侵入性工具，因此基于纳米射流的微米或纳米颗粒操纵的研究激发了研究者的兴趣。然而，先前关于纳米射流引起的光学力的工作集中在沿着用于产生纳米射流的设备的对称轴的捕获颗粒上。

最近，引入了产生弯曲光子射流(“光子钩”)的非对称介电系统，以产生用于在弯曲轨迹中移动颗粒的光学力，例如在以下文章中所公开的：A.S.Ang,A.Karabchevsky,I.V.Minin,O.V.Minin,S.V.Sukhov以及A.S.Shalin:“‘Photonic Hook’basedoptomechanical nanoparticle manipulator(“基于光子钩”的光机械纳米颗粒操纵器)”,Scient.Rep.,2018。已经证明，颗粒可以绕过玻璃障碍物或被稳定地被捕获在玻璃和金障碍物附近，这允许在微颗粒或纳米颗粒的光学操纵中的新应用。

因此，需要一种新型的光学操纵设备，其提供更灵活的纳米颗粒操纵，特别是通过产生弯曲的射束(jet beam)而提供更灵活的纳米颗粒操纵。

3.发明内容

本公开的特定方面涉及一种设备，其被配置用于当入射电磁波照射该设备的第一面(称为照射面)时，在具有第一折射率n₁的介电主介质中辐射聚焦电磁波束。这种设备包括：

-第一材料，具有第二折射率n₂，并且具有沿着所述第一面的延伸方向(称为X轴)的第一宽度W₁；以及

-第二材料，其与所述第一部分接触并且具有第三折射率n₃，具有沿着所述X轴的第二宽度W₂，