Стр. 1 - Усредненная сила радиационного давления оптико-акустического пинцета с пузырьком на малую сферическую частицу

ISSN 2305-5626. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013

1

УДК 535.211

Усредненная сила радиационного давления

оптико-акустического пинцета с пузырьком

на малую сферическую частицу

Т.В. Малинский

1

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия.

Рассмотрен оптико-акустический (ОА) пинцет с пузырьком субмик-

ронного размера. Показано, что под действием лазерного излучения

пузырек начинает совершать затухающие колебания, значительно

увеличивающие усредненную силу давления на расположенную рядом

малую сферическую частицу. Проведено сравнение силы ОА пинцета

без пузырька и с малым газовым пузырьком.

E-mail:tm2@newmail.ru

Ключевые слова

:

лазеры, кавитационный пузырь, радиационное давле-

ние, оптико-акустический эффект.

Задача удержания частиц малых (до нескольких десятков микрон)

размеров и перемещение их по требуемой траектории является доста-

точно актуальной в биологии, биохимии, биофизике и медицине. Для

этих целей, кроме механических манипуляторов, в настоящее время ис-

пользуются оптические, акустические, магнитные и гидродинамические

пинцеты [1]. Перспективными являются и устройства, основанные на

оптико-акустическом (ОА) эффекте [2]. Так же, как оптические и аку-

стические пинцеты, их можно использовать для проведения исследова-

ний in vivo. По сравнению с оптическими ОА пинцеты обладают бóль-

шими силами удержания и меньше нагревают перемещаемую частицу,

так как фокусировка лазерного излучения происходит не внутри части-

цы, а рядом с ней. В отличие от акустических ОА пинцеты не требуют

акустического контакта со средой, в которой находится удерживаемый

объект.

Теоретическая оценка сил удержания для линейного режима ОА

пинцетов с импульсными лазерами дана в работе [3]. Эксперименталь-

ные результаты, приведенные в той же работе, показали значительное

увеличение силы воздействия ОА пинцета при образовании кавитаци-

онного пузыря, которое не описывается теорией для линейного режима.

Цель данной работы — получение теоретических оценок увели-

чения эффективности ОА манипулятора, в котором присутствует га-

зовый пузырек.

Постановка задачи и основные теоретические положения.

Рас-

смотрим бесконечную жидкую среду с плотностью , через которую

распространяется лазерное излучение. Пусть максимальная плотность

излучения находится в точке

О

, в которую поместим начало координат