1986年"光鑷之父" Arthur Ashkin發明了光鑷，他的工作核心是利用光學梯度力進行光學捕獲和操控小型介質粒子。并且他將光學捕獲技術發展到了捕獲并操控活體材料——例如細菌、病毒和細胞。將材料"夾"在一定的位置的激光技術被稱為"光鑷"。通過這項研究，Ashkin 探索了細胞的內部，操控細胞的內部結構，并且奠定了發現更好地了解人體健康、疾病狀態方法的基礎。可以冷卻并捕獲原子的技術引領了基礎科學里程碑式的進步，例如原子蒸氣中玻色愛因斯坦冷凝物(Bose-Einstein condensates)的創造。

以下將就產生光鑷的空間光調制器(LCOS-SLM)，以及觀察光鑷工作的科研級sCMOS相機進行介紹。

# 可以同時產生多個光鑷的空間光調制器(LCOS-SLM)

濱松空間光調制器產品

通過小小的液晶屏，就可以將一束普通高斯光編程許多個"高級鑷子"，例如攜帶軌道角動量可以讓粒子旋轉起來的"渦旋光"，無衍射的"貝塞爾光"等等，由于其可編程的特性，還可以同時產生多個三維空間分布的光阱。

以下進行展示：

# 可以觀察光鑷工作的科研級sCMOS相機

對于光鑷應用中的相機來說，有兩個關鍵參數需要注意：分辨率和幀速。

1.分辨率

由于光鑷所操控的粒子都是細胞器級別的非常微小的粒子，所以在光學系統(顯微鏡)分辨率一定的情況下，相機的分辨率越高，就越能看清楚捕獲微觀粒子的細節。關于相機分辨率的詳細科普，請閱讀→相機像素尺寸(像元大小)和成像系統分辨率之間的關系

2.幀速

為了保持被操控粒子的活性，光鑷對微觀粒子操控的速度是非常快的，因此就需要相機有足夠高的幀速來捕獲微觀粒子的運動。可以說高速是光鑷的核心需求。"光鑷是一種非接觸式3D定位方法，適用于微米/納米級別的操縱和組裝等領域。在這些應用中，在高速下相對長距離操縱粒子的能力對于確定整體工藝效率和產量至關重要。"(Fundamental Limits of Optical Tweezer Nanoparticle Manipulation Speeds)。

而對于相機來說，幀速越高，意味著曝光時間越短，曝光時間短會導致相機接收到的信號弱，這樣為了保證圖像足夠清晰，就需要相機有足夠高的信噪比，也就是相機的噪聲要足夠小才能達到這樣的高幀速。

例如在Matti Kinnunen, Adjunct Professor of University of Oulu 的例子"OPTICAL TWEEZERS: PRINCIPLES AND SELECTED APPLICATIONS"中，就使用了1000幀/秒的幀速來拍攝2.54μm的二氧化硅小球。

濱松科研級相機ORCA系列，擁有業內突出的的高速、高靈敏度性能，可在光鑷研究中發揮出出色的作用。文末可見具體產品信息。

審核編輯黃宇