光镊原理
1.1光镊技术简介
光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】。1969年，A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）。在对这两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A. Ashkin等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱” （single-beam optical gradient force trap）。
由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7-10】，也常被用来测量生物过程中的一些力学特征【11-14】。
1.2光镊的原理与特点
众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量，却很少利用光的动量。究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。
1.2.1光压与单光束梯度力光阱
光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压。1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式。1901年，俄国人П.Н.列别捷夫用悬在细丝下的悬体实现了光压的实验测量【15】。此后，美国物理学家尼克尔、霍尔也
图1.1 单光束梯度力光阱 分别测量了光压【16】。20世纪70年代，人们开始研究激光的辐射压力，并发展了原子束的激光偏转【17】、激光冷却【18】、光子粘团【19】等实验技术。在宏观微粒的光压力研究方面，由光悬浮发展到光捕获、光致旋转等【20】。1970年，A.Ashkin 【21】首次实现了水溶液中的光悬浮。随后的一些研究【22-25】最终导致了光镊的发明。
通常光对物体的作用力都是推力。但是，在一定条件下光也可以对物体产生拉力，或更一般的，产生束缚力。这就牵涉到光对物体作用的梯度力。
为了阐明梯度力的概念，以透明介质
小球为例说明。如图1.1所示，一个透明
介质小球处于一个高斯分布的非均匀会聚
光场中，小球的折射率大于周围介质的折
射率。当会聚激光束照射到微粒上时，激
光发生折射和反射，也包括一部分吸收。
被微粒反射和吸收的光作用就是光辐射压
力，或者称散射力，其方向与光传播方向
一致，它趋向于使小球沿光束传播方向运
动。与此同时，光束经过微粒会发生多次
折射，有些会聚光线折射后传播方向更趋
向于光轴（即光束传播方向），从而增大了
轴向动量，因而给与微粒与光传播方向相
反的作用力，表现为拉力，这就是轴向梯度力的本质，由于此拉力的作用，导致粒子在轴向可以稳定在激光焦点附近。而微粒在横向的偏离，由于光场的非均匀性，也会受到指向激光焦点的回复力，即横向梯度力。在梯度力和散射力的共同作用下，微粒被稳定束缚在激光焦点附近。这就是单光束梯度力光阱。
1.2.2 光镊技术的特点
光镊是对单光束梯度力光阱的形象的称呼，因为它与宏观的机械镊子具有相似的操控物体的功能。但与宏观的机械镊子相比，或者与传统的操控微纳米粒子的显微微针或原子力显微镜等相比，光镊具有不可比拟的优越性。光镊对微粒的
操控是非接触的遥控方式，不会给对象造成机械损伤。这使得光镊在生物学研究特别是单细胞单分子研究领域应用非常合适。首先，光镊捕获微粒的尺度在几十纳米到几十微米，正好是生物细胞、细胞器以及生物大分子的尺度范围。其次，光镊的温和操控不会损失细胞，虽然激光会产生热，但可以通过选择合适的波长，避开细胞对光的吸收波长，将热效应降到最低。另外，由于大部分细胞膜是透明的，光可以穿过细胞膜操控细胞内部微粒，这是其他操控手段无法做到的。
光镊不仅可以操控微粒，还可以进行微小力的测量，粒子偏离捕获中心的距离和其受到的回复力成正比，类似与弹簧，在操控过程中能实时感应俘获粒子的微小负荷。因此，光镊是极其灵敏的力传感器，其作为微小力的探针，可以进行细胞和生物大分子之间的相互作用的定量测量，进一步揭示细胞的功能以及活动规律。
3.2 单个光镊的光路设计
在我们设计的纳米光镊系统中将配备多个光镊。而每个光镊的光路设计都遵循相同的设计要求。即激光束从光源出射开始，到通过物镜形成光镊，中间所经过的耦合光路，要保证物镜输出的光束会聚度最大、像差最小，形成的光镊捕获效果最好。为此要求物镜后瞳能被光束完全充满，以便提高光镊捕获性能。本节以HeNe 激光光镊为例，详细讨论单个光镊的光路设计。
图3.2为HeNe 激光光镊的光路简图。我们采用的倒置显微镜的光路为无穷远系统，因此激光进入物镜后瞳时应是平行光束。显微镜中有个固定在镜体内的透镜－焦距150mm 的辅助透镜T 。它必须作为光镊系统中的一部分参与到光路设计中。
为了得到尽可能大的激光束会聚度，即油浸物镜数值孔径NA
所许可的最大
图3.2：HeNe 光镊光路示意图
会聚角度，激光器输出的光束必须被扩束，以满足耦合光路对光束直径的要求。当物镜像侧的孔径（后瞳）被高斯光束恰当地照明时，光束将会被聚焦为衍射极限的焦斑。物镜出射光束的理想会聚角度φ为126度，由0
0 1.272ωλπωλφ==
可得理想束腰0ω为363nm 。
本装置中使用了一个?10（如图3.2,由透镜L1和L2组成）扩束器。HeNe 激光器发出的激光束直径为0.65mm ，经过扩束后光束直径为6.5mm 。该光束被焦距250mm 的透镜L3会聚到物平面的共轭面C （该平面的位置为显微镜左侧的CCD 接收靶面的位置）上，然后通过CCD 通道进入显微镜，被45度二向色反射镜反射，再经过辅助透镜T 后，变换为合适直径的平行光束进入物镜O 的后瞳，在物镜的物平面形成会聚点，在该点附近形成了光镊。
在实际光路的设计中，除了要保证物镜后瞳被光束充满，我们还需要考虑下列情况：阱位与焦点位置并不一致。为了保证被捕获的微粒能够清晰成像到观测平面上，激光束经过物镜后的会聚点应适当偏离物平面，而使阱位落在物平面上。通常被捕获微粒的比重大于周围液体，因此要求阱位也即物平面在焦点之内。上面描述的光路和元件参数就是基于这样的考虑，经过实验测量确定的。
我们改变了光路中HeNe 光束的扩束情况，使激光束经过扩束镜后并不是平行光束，而透镜L3和辅助透镜T 之间的距离也被改变，并不严格等于该两枚透镜的焦距之和。最后到达物镜后瞳处的激光束并不平行，光斑直径约为6mm ，稍大于物镜后瞳（5mm ）。光束的焦点落在物平面之外，保证了被捕获样品的清晰成像。保证了被捕获样品的成像状态和光镊的捕获性能，并且由于进入物镜后瞳的光斑稍大，这就使得当入射激光束有少许偏转的时候，物镜后瞳依然能保持充满，光镊性能受到的影响较小。
出于光镊光路调整的需要，也是为了在必要时对阱位作横向调节，光路中还插入了两个可进行俯仰、左右二维调整的反射镜。同样，必要时可通过对扩束镜中透镜位置的纵向（激光传播方向）调节实现光镊阱位在纵向的移动，这些将在后文中进行详细介绍。
3.3 多光镊的光路设计
在多光镊系统的设计中，耦合光路要能地将多个光镊有机地耦合在一起，而不影响它们的独立操控。
目前所使用的多光镊装置，可以分为两大类。
第一，单光镊的分时复用：这种方式是在单光镊的基础上，在光镊中加入一个光学扫描部件，使单光镊依次反复在多个位置间进行快速的切换［7，8］。每一个位置都按次序使用激光光源的一个时间片段。例如：光镊在初始位置捕获一个微粒，然后迅速地切换位置，在另一个位置抓住第二个微粒。按这种方式，当光镊经过若干位置后，重又回到原来的位置，只要切换速度足够快，第一个微粒还没有来得及脱离光镊捕获区域，因此又会被重新稳定在捕获位置。如此反复即实现了光镊的分时复用。这种方式的机械复杂度较高，使用的时候在光镊扫描的路线上都可以实现捕获，即可以实现多个微粒的捕获；微粒间的距离不易准确控制，不易实现光镊间相对的复杂操作。
第二，多光束实现多光镊：这种方法思路简单，每个光镊都由独立的光束形成。实现方法主要有如下几种：1．对某一激光束进行分束，可以是能量分束或偏振分束。能量分束是将激光束按照能量比例分成多束。不过由于它们来源于同一激光束，分束后的激光具有好的相干性，容易发生干涉，对光捕获不利。偏振分束是将激光束分成偏振方向互相垂直的二束光［5］。这种方法简单易行、能量损耗低，得到的二束偏振光之间无干涉效应，并且也可以通过光学器件对分束后两束偏振光的能量比进行连续调节。该方法形成的双光镊稳定，但最多只能形成两个光镊；2．对同一激光束作位相变换，使激光束波前形成所需要的分布，最后可以在光场内形成多个光镊［9，10］。目前已有科研人员采用液晶位相变换器实现了多光镊［11,12］，光镊数量可以达到上百个。这种方法适应范围广，但代价较高；3．用多个激光器形成多个光镊，即采用不同波长的激光器。这对光学器件镀膜的要求较高，而且增大了光路的复杂度，因此不宜采用过多的不同波长激光。
我们采用偏振分束和不同波长激光两种方法相结合来实现三光镊装置。图3.3为设计简图。作为基本设置，三个光镊既可以协同实现单个刚性微粒在空间的准确定位与定向；也可以用二个光镊操控一线形大分子、第三个光镊操控单个微粒，研究它们间的相互作用；也可以独立操控三个微粒，研究它们的相互作用。三个光镊可以同时操作，也可以相对操作，它们的相互配合能够实现各种复杂的
操作组合，足以满足实际应用中的不同需求。（在设计上也为今后扩展为具备更多个光镊的系统作了考虑。）
图3.3：多光镊光路简图
我们研制的纳米光镊装置使用了波长632.8nm的HeNe激光和波长为810nm 的半导体激光二种不同波长的激光源。HeNe激光形成的光镊主要用于定量测量，通常是固定不动的。其光路已在前小节讨论，这里不再赘述。
另二个光镊由同一个半导体激光器输出的激光经偏振分束后的双光束分别形成。激光束先经过一个可连续旋转的810nm的半波片，以调节光束中两个互相垂直的线偏振分量的相对强弱，即可通过旋转该半波片改变分束后双光束的功率比。然后激光束被偏振分束棱镜（PBS1）分成水平偏振和垂直偏振两束线偏振激光。这两个光束经过各自的光路，在第二个偏振分束棱镜（PBS2）处汇合为一束光。将第二块偏振分束棱镜用作光束的合成器的好处是，可以将这两束偏振方向相互垂直的线偏振激光几乎无能量损失（除了在一些界面上的反射损失）的汇合进一个光路之中。然后双光束在二向色镜处与HeNe激光束汇合。二向色镜反射810nm的激光，透射632.8nm的激光。上述三束激光一起经过辅助透镜T后，变换为平行光束进入物镜O的后瞳，由同一物镜分别形成三个光镊。每个光镊都可以实现对微米尺度粒子的捕获与操纵。
3.4 三维操控
光镊最基本的操控是对被捕获微粒的定位和沿一定轨迹以一定速度的拖动，实际上就是对光镊阱位的操控。作为光镊操控系统的设计，首先要解决的问题就是根据实际应用的需要，选择合适的操控方式和驱动方法，实现对光镊阱位的灵活控制。对于我们研制的多光镊装置，还要考虑各光镊操控的独立性和相互配合
的问题，即实现它们相对整个装置的运动和它们之间的相对运动，以便完成各种复杂的操作动作。
3.4.1 操控方式和驱动方法
通常有二种不同的操控方式来实现粒子与周围环境之间的相对运动。一种是光镊阱位（以及被它捕获的微粒）不动，周围环境（样品池）运动，也即对粒子而言是被动的操控；另一种是前者运动，后者不动，是主动的操控。第一种操控方式：在拖动过程中，光场分布不变，因而光镊的性能始终保持不变，这有利于对微小力进行测量。但这种方式不能改变多光镊间的相对位置。第二种操控方式正好相反，拖动是靠激光束偏转扫描来实现的。该过程中，光场随之有相应的变化，导致光镊性能有微小变化。与前一种方式不同，这种操控方式在多光镊的情形，可以灵活改变该扫描光镊与其它光镊间的相对位置。在我们研制的装置中，二种操控方式都被采用,以适应不同应用研究的要求。例如，HeNe 光镊主要用作定量测量，因此在实验中该光束通常是固定不动的,以保证它在测量过程中始终保持有好的光镊性能，所以它的操控就采用被动方式。
纳米光镊－作为一种单个生物大分子的操控以及在分子水平上研究生命过程的技术手段，其操控定位精度当然要与分子的尺度相当。因此所选择的驱动方法必须保证操控能达到纳米精度。
不同的驱动方法能达到的精度是不同的，行程也各不相同。例如用压电转镜或声光偏转器偏转光束，即通过主动方式实现被捕获微粒与周围环境的相对运动。也可用纳米精度的压电扫描驱动器移动样品池，即通过被动方式实现被捕获微粒和周围环境的相对运动。这些方法的操控精度都可以达到或优于纳米，但行程较小。而步进马达有较大的行程，但通常操控精度只能达到微米量级。
光镊阱位的控制精度和行程不但和设备本身的性能有关，通常还与驱动机构在光路中的位置以及相应的光学设计有关。在控制系统的设计中，驱动机构的选择，需要综合考虑精度的要求、行程的大小、在光路中的位置、以及价格因素。另外，还需要便于计算机控制。
我们采用了亚纳米精度的压电扫描平台（P-517.3CL, PI, German ），作为被动操控的驱动机构。它的移动范围是m m m μμμ20100100??。压电扫描平台通过
稳固的中间平台固定于显微镜机体上，作为样品平台。通过计算机控制该压电扫描平台带动样品池整体相对显微镜运动，也即控制液体环境（随样品池相对于显微镜运动）相对于三个光镊及它们所捕获的粒子（相对于显微镜静止）的运动。也就是说，这一操作能够实现样品相对周围环境的纳米精度的移动，但不改变光镊间的相对位置，光镊性能也不发生任何改变。
实现多个光镊之间的相对运动，则需要采用主动方式，即使用光束扫描的方法，使某个光束形成的光镊可以相对别的光镊进行三维运动。我们称这样的光镊为扫描光镊（或动态光镊）。通常，光镊的纵向扫描和横向扫描是分别进行的。纵向扫描可以通过光路中，某个透镜的轴向（沿光束传播方向）移动来实现。而横向扫描是通过光束偏转来实现的。对于图3.4这样的基本光路，阱位平面（很靠近物镜焦平面）的共轭面为C平面（该平面位置很靠近显微镜设计中的CCD 靶面位置）。光镊的横向扫描也就是光束焦点在C平面上的扫描。由于显微光路把物平面的物放大100倍到C平面。即物平面和C平面之间有100倍的关系。如果我们需要光镊在物平面水平移动10微米，相应地，也就是要激光束在C平面的会聚点在该平面上移动1毫米。
图3.4：光束横向扫描示意图
光镊的横向扫描主要有三种方式：移动透镜法，声光偏转法，旋转反射镜法。
移动透镜法是通过光路中某个透镜的三维移动［2］，导致激光束会聚点的三维运动，即可自由操作光镊。如图
3.5，平行入射的激光束被透镜L3
会聚到C平面，如上所述C平面
为阱位平面的共轭面。通过对透
图3.5：移动透镜法横向扫描示意图
镜L3的三维调节，可以实现该光镊的三维自由运动。这种方法简单方便，通过对一个光学部件的调节即可以实现设计要求，缺点是移动透镜法会有较大的像差，精度较差，并且从后面的耦合光路设计中可以看出它将使物镜后瞳处的激光光斑发生偏离或者在该处的光斑直径发生变化，将导致进入物镜后瞳的激光光束发生变化，从而引起光镊捕获性能的变化。
声光偏转法是利用声光效应偏转光束的［5］。在光路中添加两个正交放置的声光调制器AO1和AO2组合成AOD，通过调节其驱动电压可以实现对光束方向准确而快速的控制。这种方法操作精度高，可以实现非常精确的二维运动控制，重复性好，响应速度快。其缺点是由于形成光镊的是一级衍射光束，光路调节比较困难，并且激光功率的利用率过低。
图3.6：声光偏转法横向扫描示意图
我们在最终建立的装置中采用了第三种方法—旋转反射镜法。如图 3.4所示，激光束被反射镜M反射后会聚在C平面上，然后由高数值孔径的显微物镜O 会聚在阱位平面，形成光镊。通过对反射镜M偏转角度的控制就可以实现光镊在水平面的二维移动。反射镜M由计算机控制的压电偏转器驱动，操作精度高，可以实现高精度的光镊操作和定位，而且能量损失很低。
综上所述，我们在纳米光镊系统中采用了压电偏转镜装置来实现光镊在横向上（水平面方向）的二维操作，通过步进马达装置控制光路中某个透镜沿着激光传播方向进行移动，实现了光镊的阱位在轴向（垂直于水平面方向）的运动（在光路耦合部分将进行详细讨论）。这两种方法组合实现了光镊的三维操作。
3.4.2 主动操控方式下的光镊光路设计
光镊的主动操控方式总是伴随着光束在空间的变化。而在实际应用中，我们希望能够在采用主动方式灵活操作光镊的同时，保证光镊的性能稳定，以降低对实验操作的影响。为了保证主动操控过程中光镊具有尽可能相同的捕获性能，就要求入射激光束在物镜后瞳处的状况尽可能保持相同或者变化不大。我们分别考虑在这样的要求下，光路设计上如何实现光镊横向和纵向操作。
A ． 光镊在水平方向的移动
光镊光路中，激光束在进入物镜后瞳前为准平行光束。若该准平行光束以不同角度入射进入物镜后瞳，物镜出射激光束焦点的位置也就不同，阱位就发生了改变。即通过控制偏转镜的偏转角度就可改变光镊在水平方向的位置。
为了在光束偏转的过程中尽量保证激光束在物镜后瞳的充满状态，可以让物镜后瞳平面和偏转镜反射面形成共轭面，这样当激光束被偏转镜M 偏转一个微小角度（激光束光轴始终经过偏转镜M 的中心），在物镜后瞳处的激光束传播方向将发生偏转，但是激光束在物镜后瞳处的位置和尺寸基本不会发生变化，这样就保证了物镜后瞳处激光束的充满状态。
如图3.7，光路中物镜O 和辅助透镜T 的距离mm d OT 90=，辅助透镜T 的焦距为mm f T 150=。若透镜L3的焦距mm f 3003=，则T 和L3之间的距离mm f f d T T 45033=+=。我们可以根据几何光学计算偏转镜M 和会聚透镜L3之间应有的距离T
T
OT T T f f f d d f f D 333-=。代入以上数据即可以得到mm D 540=。 此时如果偏转镜M 偏转1θ，引起物镜后瞳处激光束偏转2θ,则
图3.7：光镊在水平方向的移动
11324-2θθθ＝－T
f f =。物镜有效焦距mm f o 5.1=,得到相应的光镊水平移动距离为13106r θ-?=。我们采用的压电转镜（S-330.30, PI, German ）的最小扫描精度为0.05rad μ，即在样品平面可以实现0.3纳米的阱位操控精度，而其扫描范围为2mrad ，即在样品平面的扫描范围为12微米。
这样的操作使该光镊可以相对其他光镊作纳米精度的扫描运动。并且由于偏转镜偏转时，没有给激光束带来任何沿光轴（z 方向）的变化，所以在物镜后瞳处的光束直径和位置都保持不变，光镊的捕获性能将基本不受到影响。
B ． 光镊的纵向调节
为实现光镊阱位纵向（沿激光传播方向）上的操控，考察如下光镊光路图（图
3.8）。可以看到，激光器出射光束经过第一个无穷远系统（扩束镜组L1，L2）后，光束被扩束，然后再经过第二个无穷远系统（镜组L3，T ），使光束以合适的直径（通常为充满物镜后瞳）入射到物镜，形成光镊。
光路中两个无穷远系统均由正透镜组成，正透镜之间的距离为它们的焦距之和。当某个无穷远系统中两个透镜中的一个沿光轴作微小的移动，就使物镜后瞳处的激光束的会聚度发生微小变化，从而使物镜出射光束的焦点在纵向有一移动，即改变了光镊阱位，实现了光镊的纵向调节。
在调节透镜实现光镊（阱位）的纵向调节时，也需要考虑如何使透镜在轴向运动的同时,保证物镜后瞳始终被激光束充满。由于辅助透镜T 为显微镜的固定组件，因此如果通过调节会聚透镜L3的位置来进行调节，必然会引起物镜后瞳
图3.8：光镊在纵向的移动
处光斑直径的变化，不利于保持光镊的捕获性能不变。所以通常并不采取这种方式来实现纵向调节，即不改变透镜L3和T 的位置。
而调节第一个无穷远系统中的L1或者L2透镜，也可以实现光镊阱位的纵向调节。此时物镜后瞳和偏转镜面近似是共轭面，如果能让激光束在偏转镜上的光斑直径与光束的会聚或发散情况无关，则物镜后瞳的充满状态也不会发生改变。
在上图中，若透镜L1和L2之间的距离为12L D ，透镜L2和压电偏转镜之间的距离为L2M D ，如果入射到L1上的激光束直径为1L d ，则在压电偏转镜处的激光束截面直径1212l2M 1121l2M ))((L L M d f f f D f D f D d ??
????----= 显然，当2l2M f D =，有12
f f d M -=。即当压电转镜放置在距离第二枚透镜
L2的距离等与L2的焦距时，我们可以通过调节L1沿光轴方向的位置来实现光镊阱位的纵向调节，此时压电转镜上的光斑尺寸始终保持不变，即意味着进入物镜后瞳的光束直径不发生变化，保证了在纵向调节时光镊性能受到的影响较小。
若透镜L1位置改变12d ?，则光镊阱位的纵向位移为122
232O d f f f f z T ????? ?????? ??=?。代入上述各透镜的焦距可知，为了使阱位移动精度达到纳米，透镜L1移动精度应优于10微米。因而可以选用这一精度的步进电机来实现这二个光镊纵向阱位的操控。实际装置中，我们采用了两台由计算机控制的步进电机，分别控制二路半导体光镊光路中相应透镜的轴向移动，以实现这两个光镊纵向阱位的操控。在上述参数下，且透镜L2的焦距和L3的焦距相等的时候，由于步进电机的精度为10微米，行程为5cm ，也即阱位移动的精度达到1纳米，行程为5微米。
按照上述设计，本系统能够保证光镊的三维自由操作达到纳米精度，且光镊的性能保持稳定。
3.5 其它影响因素
在理论设计基础上，我们选取了合适的多光镊方案、操作控制方案和各种基本光路设备与控制设备。但是为了具体实现纳米光镊装置，还需要考虑如下几个
因素的影响：
光路布局的影响
为了实现各种功能，光路中还添加各种光学器件，例如环形器件、光强调整部件等，并且预置了光隔离器等部件的扩展空间，它们也是光路设计的重要因素。
光镊操作范围和操作精度的要求
作为纳米光镊系统，它对微粒的操作、定位精度均可达到纳米量级。但在实际应用时，多数情况下还需要该装置在保证一定精度的情况下，能够提供尽量大的操作范围。而通常操作精度较高的时候，操作范围就会受到限制，所以我们要根据具体研究的要求，综合考虑操作精度和范围，以选取合适的光路设计。
作为光镊操作的被动方式，其操作精度和范围完全由压电扫描平台决定，其操作精度为亚纳米，范围为m m m μμμ20100100??。而主动操作方式，即通过压电转镜实现的光镊平面扫描，其精度和范围不仅受到设备本身的限制（压电转镜（S-330.30, PI, German ）的最小扫描精度为0.05rad μ，扫描范围为2mrad ），而且还受到光路设计布局的影响。从上节提出的光路设计，可以知道通过被动方式在样品平面可以实现0.3纳米精度的阱位操控，其扫描范围为12微米，很显然在这种情况下，扫描精度高，但扫描范围过小，给实验带来了困难。
如图3.7，为了提高动态光镊的扫描范围，根据理论设计，必须增大透镜L3的焦距。根据上文分析，偏转镜M 和会聚透镜L3之间的距离T
T OT T T f f f d d f f D 333-=将会明显的增大。例如如果要将操作范围从上文设计的12微米提高到36微米，此时扫描精度将为1nm 。则透镜L3的焦距mm f 9003=，需要mm f f f d d f f D T
T OT T T 3060333=-=，显然光路过长，给光路布局带来了困难。
3.6 实用化的纳米光镊系统光路
根据上述设计时所要考虑的各种因素，我们结合实验工作的要求设计了如下的纳米光镊光路。
图3.9：纳米光镊系统光源及耦合光路图
图3.9为我们最终采用的，实用化的纳米光镊光路设计方案。该设计中，为了扩展动态光镊的扫描范围，保证多光镊操作的性能，在光路设计中改变了压电偏转镜的位置，并且相应的改变了一系列光路参数。
该设计主要思想是通过牺牲激光功率的利用效率，来提高光镊的主动操作性能，主要是扩展光镊的操作范围。因为在大多数的应用研究中，激光器功率已经足够满足实验需要，不成为限制因素。反而为了实验的方便，需要光镊可以进行较大范围的操作。而且在该光路中，主要的定量测量工作均由稳定的、固定的HeNe光镊实现；半导体双光镊主要作为实现操作和定位的光学机械手，即在一定程度上，只要它们能够实现稳定的捕获就满足了实验要求。
半导体激光器出射的激光先经过一个大数值孔径的透镜，被准直成椭圆截面的平行光束，再通过一个半波片，然后被整形棱镜将其窄边扩展为原来的3倍，使光斑成为直径5mm左右的近圆形光斑，激光束随即被第一块偏振分束棱镜分成水平偏振和垂直偏振两个光束。第一束激光经过5X的扩束系统，然后被焦距
750mm的会聚透镜将光束会聚，再经过压电偏转镜，在第二块偏振分束棱镜处和第二束半导体激光汇合，然后通过反射镜引入显微镜形成光镊。第二束半导体激光束在被分束出来以后，先经过2.5X的扩束系统，然后被焦距300mm的透镜会聚，在第二块偏振分束棱镜处和第一束半导体激光重合，再被引入显微镜形成第二个半导体光镊。
HeNe激光器出射激光束首先经过10X的扩束镜组，然后被会聚透镜会聚，再在二向色镜I处和二路半导体光束汇合。最后该光束被引入显微镜形成HeNe 光镊，作为主要的测量和定点光镊。
在一个半导体光镊光路中采用了压电偏转镜来实现光镊的纳米精度的水平扫描和定位。在该设计中，压电扫描转镜现在在光路中的位置，使动态光镊的水平扫描范围提高到了32微米，扫描步长为0.5纳米。但此时压电扫描转镜和物镜后瞳不再是共轭面，所以扫描过程中，入射到物镜后瞳的激光束将发生位置变化。为了尽量减小这种影响，我们让入射到物镜后瞳的光束直径稍微大于物镜后瞳，使得在该处的光斑即使由于激光束偏转而发生了位置变动，也能够充满物镜后瞳，以保证光镊的性能基本不变。通过实验测量，当光镊位置到达扫描极限时，光镊捕获性能要比它在原始位置时下降约20%~30%。
通过上面的设计，我们实现了精确的主动光镊扫描，和光镊的被动操作方式相结合，该多光镊系统已经足以满足大多数实验的需要，一般不需要再在第二条光路中也采用类似的主动操作方式，但是显然第二条光路也完全能扩展为主动扫描光镊，可根据具体实验要求进行调整。
光镊的纵向调节是通过步进电机控制光路中某个透镜的轴向位置来实现的。二路半导体光镊均实现了阱位的纵向自动控制。其中一个光路，步进电机控制该光路L1透镜的轴向位置，其光路布局接近理想设计，因此轴向位置变动对物镜后瞳处光斑的影响很小，根据图中参数和步进电机参数可以计算得到光镊阱位的
μ。另一个光路中，步进电机控制的是该光路L3透镜的轴纵向调节范围为3.5m
μ，尽管这样改变了物镜后瞳处的光斑大小，向位置，其纵向阱位调节范围为5m
但是改变的也比较微小，结合物镜后瞳处光斑稍大于物镜后瞳的设计，在多数情况下，对光镊性能的影响可以忽略。
综上所述，我们实现了纳米光镊系统中多光镊的三维操作设计，结合其他辅
助手段，该装置可以实现复杂的微米量级样品的各种操作，操作定位精度可以达到纳米量级。在设计中，为了弥补激光束在物镜后瞳处位置偏离和光斑直径变化带来的对光镊性能的影响，物镜后瞳处的光斑被扩大，这样虽然降低了激光器的功率利用效率，但是使光镊性能对由于光路偏转而带来的影响具有一定的容错能力。
3.7总结
在纳米光镊系统的光路设计中，我们考虑了激光器、显微镜等基础部件的特性，选择了合适的部件；并且对实现光镊的基本要求、多光镊的设计、光镊的三维操作功能的实现进行了综合探讨。结合具体的实验条件，建立了具备三光镊的纳米光镊系统的光路部分，可实现对微米小球的纳米精度定位与操作。
光镊原理
1.1光镊技术简介 光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】。1969年，A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）。在对这两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A. Ashkin等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱” （single-beam optical gradient force trap）。 由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7-10】，也常被用来测量生物过程中的一些力学特征【11-14】。 1.2光镊的原理与特点 众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量，却很少利用光的动量。究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。 1.2.1光压与单光束梯度力光阱 光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压。1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式。1901年，俄国人П.Н.列别捷夫用悬在细丝下的悬体实现了光压的实验测量【15】。此后，美国物理学家尼克尔、霍尔也
数据库原理及应用课程标准
《数据库原理及应用》课程标准 一、课程说明 课程名称：数据库原理及应用 课程代码：PE123037 参考学分：3 参考学时：48 课程管理系部：计算机系 适用专业：计算机应用技术专业 开发人员:职业技术学院计算机系数据库原理及应用教学团队 二、课程概述 （一）课程性质与定位 1.课程性质 《数据库原理及应用》课程是计算机专业的专业核心课程，是培养数据库管理及开发人员的基础支撑课程。 2.课程定位 根据高职计算机专业人才培养模式的要求,培养学生基于当今主流软件开发技术的应用开发能力，确立了本课程作为开发后台数据库在专业课程体系中的地位。如今各类信息系统、动态网站、移动应用的开发都需要使用后台数据库，数据库已成为当今计算机时代中不可或缺的组成部分。通过本课程的学习，要求学生掌握关系型数据库的开发过程，为软件开发、动态网站的创建打下坚实的技术基础。 前导课程：程序设计基础 后续课程：网页设计、JSP动态网页开发、.NET编程技术、高级编程技术 （二）课程设计思路 本课程采用“项目驱动，案例教学，一体化课堂”的教学模式开展教学。整个课程通过一个实际数据库应用开发项目驱动，完成教师与学生互动的讲练结合教学过程。学生在完成各项任务、子任务的过程中，学会数据库的应用技术、原理和工具的使用。 本课程的理论安排在多媒体教室，实践环节安排在设施先进的多媒体机房进行，教学中以学生为中心，教师负责讲授知识，指导项目设计，充分调动师生双方的积极性以达到教学目标。 （1）项目贯穿教学
以学生管理系统等数据库为载体开展教学，贯穿数据库的整个开发过程，包括：概念模型设计、关系模型设计、创建与维护数据库、创建与维护表、对表的查询、建立存储过程、数据库备份与恢复、数据库安全等。 （2）任务分解知识点 明确每堂课的任务、子任务，教学就是完成任务的过程，在这一过程中融入相关知识，以达到“任务完成，知识掌握，本领学会”的教学目的。 （3）“教、学、做”一体化教学 在一体化教室完成教师与学生互动的讲练结合的教学过程。教师讲解项目、分解任务、传授知识、演示示范；学生重复操作过程，学习知识技能；做拓展项目，如“选课管理”数据库、“图书管理”数据库、“活期存单”数据库等可供学生选做。 三、课程的教学目标 表1 四、课程内容与要求 选取难易度适中的案例、项目，加以分解、序化，兼顾从简单到复杂的认知规律和学生的学习兴趣，作为载体，以项目为导向，创设学习情境，学生按照工作流程，合作完成一个小型项目的后台数据库的设计工作。
《光镊原理及应用》课程教学大纲
《光镊原理及应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称：光镊原理及应用 课程英文名称：Optical tweezers theory and application 开课学期：2 学时：16 学分：1 二、课程目的和任务 激光生物学是多学科交叉的新兴学科，其中以激光微束光阱效应为基础的光镊技术是生命科学和生物工程研究的有力工具，已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。是光子技术和生命科学相互交叉与渗透而形成的一门新的边缘学科，课程教学目标：让光镊在生命学科及其他应用领域中的作用与地位，逐步树立科学的世界观，促进综合素质的提高；帮助学生获得光镊的基本知识，掌握光镊相关技术。通过课程小论文与研讨，让学生了解本学科的发展前沿，培养学生的创造型思维；开放式的教学，提高学生的综合分析和解决问题的能力。 三、教学内容与基本要求 教学主要内容及对学生的要求： 教学主要内容 第一章 光镊技术的产生与发展 光镊技术的理论研究、光镊技术的应用研究 国内外光镊技术的研究现状 第二章 光镊技术及其基本原理 光镊技术的描述、光镊的基本原理、光辐射压力、 梯度力和散射力、二维光学势阱、基于激光微束的三维光学势阱 第三章 光镊的理论分析与计算方法 光镊理论计算的意义、粒子分类与计算方法、光阱力与光操纵束缚条件第四章 光镊的系统构成与技术性能
传统光镊的原理、系统构成、激光器和显微镜的选取、多光镊技术 第五章 光纤光镊技术 远场光纤光镊、近场光镊 第5章 光镊技术的发展应用 光镊技术在生物学方面应用、光镊在分子生物学领域的应用、光镊与其它技术的结合应用 对学生的要求： 1、 对光镊原理方法有明确认识。 2、 对光镊系统的性能、参数能深入了解，并能自由运用。 3、 能够了解光阱力的计算方法。 4、 有查阅外文资料的能力。 五、教学设计及方法 教学方式 1) 教学与科研结合，激发学生的求知欲 2)专家讲授与教师专题讲座相结合，拓展学生知识面 3)理论与实践结合，加强学生实验技能的训练 4)中、英双语教学相结合，提高学生国际交流能力 5)撰写专题调研报告，培养学生的自主创新能力 教学手段 将多种现代的教学手段运用于课程教学之中，多方位多途径地展教学活动，以激发学生学习兴趣，提高教学效果。 1)将多媒体教学与板书相结合，以解决学时少内容多的矛盾 2)课件与电视录像片相结合，以提高学生的自学能力 3)丰富的网络资源为学生学习提供良好的软环境 六、调查、参观、实践、实验内容 七、主要参考资料 [1]《光镊原理、技术和应用》李银妹编译中国科学技术大学出版社1996 [2]《时域有限差分法FDTD Method 》 高本庆 国防工业出版社.1995年 [3][《非均匀介质中的场与波》美]Weng Cho Chew 著聂在平，柳清伙译电子工业出版社,1992年 [4] Ashkin A. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature, 1987, 33: 256-
数据库原理及应用--课后答案
数据库原理及应用 课后答案 第一章 选择题 1、A。 从数据库管理系统的角度看，数据库系统的结构通常分为三级模式的总体结构，在这种模式下，形成了二级映像，实现了数据的独立性。其中三级模式结构指的是外模式、模式和内模式，二级映像指的是外模式/模式映像、模式/内模式映像。对于外模式/模式映像，当模式改变时，相应的外模式/模式映像作相应的改变，以使外模式保持不变，而应用程序是依据数据的外模式来编写的，外模式不变，应用程序就没必要修改，这保证了数据与程序的逻辑独立性。对于模式/内模式映像，当数据库的存储结构变了，模式/内模式映像会作相应的改变，以使模式保持不变，而模式不变，与模式没有直接联系的应用程序也不会改变，这保证了数据与程序的物理独立性。 数据逻辑独立性指的就是当模式改变时，外模式和应用程序不需要改变，所以选项A正确。C选项的内模式改变，模式不变指的是数据的物理独立性，所以C选项不正确，B选项中前后两句与C选项相比顺序不符，所以B选项不正确。D选项中，应为“模式和应用程序不变”，不应为“外模式”，所以D选项不正确。 2、B。 DB指的是数据库（DataBase），DBMS指的是数据库管理系统（DataBase Management System），DBS指的是数据库系统（DataBase System），DBA指的是数据库管理员（Database Administrator），Data指的是数据。
由书中概念易得DBS（数据库系统）包括DBMS（数据库管理系统），DBMS管理和控制DB（数据库），而DB载入、存储、重组与恢复Data（数据）。所以B选项正确。 3、C。 数据库系统的特点有：⑴、实现数据共享；⑵、减少数据冗余度；⑶、保持数据的一致性； ⑷、数据的独立性；⑸、安全保密性；⑹、并发控制；⑺、故障恢复 由以上可得C选项错误，应改为数据冗余度“低”。 4、C。 DB是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合；DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问计算机软件、硬件和数据资源组成的系统；DBMS 是把用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库三级（外模式、模式和内模式）之间的转化；MIS指的是管理信息系统（Management Information System），是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件及其他办公设备进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。由以上概念可知，位于用户和数据库之间的一层数据管理软件是DBMS。所以C选项正确。 5、C。 书中图1.6明确指出模式/内模式映像把概念数据库与物理数据库联系起来，所以C选项正确。 6、C。 数据库有这样三层关系，第一层和第三层不能直接发生关系，所以D选项不正确，内模式与外模式没有直接关系，应改为“模式与应用程序不变”。
光致发光原理
体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用 光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的5倍。此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。 光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。
PID控制的基本原理
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。 PID 控制的基本原理 1．PID 控制概述 当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制中应用的关键是：做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。 在过去的几十年里，PID 控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术飞速发展的今天，在工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID 结构，而且许多高级控制都是以PID 控制为基础的。 PID 控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成，它的基本原理比较简单，基本的PID 控制规律可描述为： G(S ) = K P + K1 + K D S (1-1) PID 控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需设定三个参数（K P ，K I和K D ）即可。在很多情况下，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。 PID 控制具有以下优点： （1）原理简单，使用方便，PID 参数K P、K I和K D 可以根据过程动态特性变化，PID 参数就可以重新进行调整与设定。 （2）适应性强，按PID 控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能也仍然是PID 控制。PID 应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行PID 控制了。 （3）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。但不可否认PID 也有其固有的缺点。PID 在控制非线性、时变、偶合及参数和结构不缺点的复杂过程时，效果不是太好； 最主要的是：如果PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。 在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但PID 仍因其自身的优点而得到了最广泛的应用，PID 控制规律仍是最普遍的控制规律。PID 控制器是最简单且许多时候最好的控制器。 在过程控制中，PID 控制也是应用最广泛的，一个大型现代化控制系统的控制回路可能达二三百个甚至更多，其中绝大部分都采用PID 控制。由此可见，在过程控制中，PID 控制的重要性是显然的，下面将结合实例讲述PID 控制。 1.1.1 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳定误差。比例控制器的传递函数为： G C (S ) = K P (1- 2) 式中，K P 称为比例系数或增益（视情况可设置为正或负），一些传统的控制器又常用比例带（Proportional Band，PB），来取代比例系数K P ，比例带是比例系数的倒数，比例带也称为比例度。 对于单位反馈系统，0 型系统响应实际阶跃信号R0 1(t)的稳态误差与其开环增益K 近视成反比，即： t→∞
光镊原理浅析
光镊原理浅谈 岑学学 光镊技术由来已久，阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin ）在1986年就发明了第一代光镊。经过30多年的发展，光镊技术已经越来越成熟，并应用在生物学、物理学、医学等领域。这里我们将尽量通俗地介绍光镊的原理。 光镊，简单来讲，就是用激光来俘获、操纵、控制微小粒子的技术。这微小粒子可以是小水珠，活细胞，生物大分子等。当激光打到小粒子的时候，粒子就被光“吸住”了，并且会被吸到光强最强的地方，也就是焦点处，移动光束，就可以移动粒子。 那么，粒子为什么会被吸到光强最强的地方并被束缚住呢？ 光与物质是可以相互左右的。一柱水喷我们身上，或者一阵风迎面吹来，我们都能感觉到些许压力，具有波粒二象性的光自然也一样会对我们产生压力，只不过这个力很小很小而已，这就是光压。而在某些情况下，光还能对物体产生拉力，这样就形成了能束缚粒子的一个“陷阱”，通常被称为势阱。那么势阱又是如何产生的呢？我们需要先来复习一些中学的物理知识---动量守恒定律。
如图，有两个小球，铜球有一个初速度，动量为p1，钢球则是静止的，动量为p2=0。把这两个小球看作一个系统，那么这个系统的初始动量就是p=p1+p2。
铜球撞上钢球后，它们各自的速度都发生了变化，动量也变了。但是系统的动量是不变的，还是等于p，这就是动量守恒定律。 我们回来看光束和透明小球组成的系统，如图，光束有一个动量，而小球则是静止的，动量为0，而光束的动量是水平的，系统在竖直方向上的动量为0. 当光束照射到小球但不通过中心的时候，小球会使光线折射，如图。
这时光束在竖直方向上有了一个向下的动量。为了使系统的动量守恒，小球必须有一个向上的动量，这个动量就把小球“吸”向光速的轴线。 如果小球在光束的轴线上但在焦点之外，那小球就会使光束汇聚，如图。
数据库原理及应用教程第版习题参考答案
习题参考答案 第1章习题参考答案 一、选择题 1. C 2. B 3. D 4. C 5. D 6. B 7. A 8. B 9. D 10. B 11. C 12. D 13. D 14. D 15. B 16. C 17. D 18. A 19. D 20. A 21. D 22. D 23. C 24. A 25. C 二、填空题 1. 数据库系统阶段 2. 关系 3. 物理独立性 4. 操作系统 5. 数据库管理系统（DBMS） 6. 一对多 7. 独立性 8. 完整性控制 9. 逻辑独立性 10. 关系模型 11. 概念结构（逻辑） 12. 树有向图二维表嵌套和递归 13. 宿主语言（或主语言） 14. 数据字典 15. 单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/服务器结构 16. 现实世界信息世界计算机世界 三、简答题 1、简述数据库管理技术发展的三个阶段。各阶段的特点是什么 答：数据库管理技术经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。 (1）、人工管理数据的特点： A、数据不保存。 B、系统没有专用的软件对数据进行管理。 C、数据不共享。 D、数据不具有独立性。（2）、文件系统阶段的特点： A、数据以文件的形式长期保存。 B、由文件系统管理数据。 C、程序与数据之间有一定的独立性。 D、文件的形式已经多样化 E、数据具有一定的共享性 （3）、数据库系统管理阶段特点： A、数据结构化。 B、数据共享性高、冗余度底。 C、数据独立性高。 D、有统一的数据控制功能。 2、从程序和数据之间的关系来分析文件系统和数据库系统之间的区别和联系 答：数据管理的规模日趋增大，数据量急剧增加，文件管理系统已不能适应要求，数据库管理技术为用户提供了更广泛的数据共享和更高的数据独立性，进一步减少了数据的余度，并为用户提供了方便
第五组——光镊技术的新应用剖析
光镊技术的新应用 纪美伶，白中博，王娜，马学进（西安交通大学生物医学工程） 摘要激光光镊自从1986年发明以来，作为一种无直接接触、无损伤、可产生和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具，在生命科学等多个领域得到了广泛的应用。本文从光镊的诞生出发，简要讨论了光镊的原理，光镊装置的基本结构，并简要介绍了各个种类光镊的独特功能以及基于光镊的一些新技术，进而对光镊技术及其在生命科学中的应用现状和进一步发展作了评述和讨论，阐述了光镊在生命科学研究中的潜在地位和巨大的发展前景。关键词光镊；生命科学；原理；基本结构；应用现状；发展 New Applications of Optical Tweezer Ji Mei-ling,Bai Zhong-bo,Wang Na,Ma Xue-jin Abstract The optical tweezer technique has emerged as a flexible and powerful tool for exploring a variety of scientific processes such as life science since it was invented in 1986. From the birth of the optical tweezer, this paper will briefly discuss its working principle, its basic structure and introduce some kinds of optical tweezers with novel features or some new technologies based on it. Then its recent developments on both the technology and applications in life science will be reviewed. It is shown that optical tweezer will have great potential in life science. Key words：optical tweezer; life science; principle; basic structure; application; development 光镊简介 一百年前，爱因斯坦提出的光量子学说最终导致了激光的诞生，20世纪60年代激光器的发明，使光与物质相互作用产生的力学效应真正走向实际的应用。20世纪70年代，美国贝尔实验室的学者Arthur Ashkin等人[1]发现了激光具有移动微粒的能力，并首先提出利用光压操控微小粒子的概念：在氩离子激光器发出的TEM00模式激光束作用下，硅小球在横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后在光束散射力的作用下沿着光束传播的方向加速运动；还发现了折射率低于周围介质的粒子（气泡）会被激光束排斥，同时也会被激光束沿着激光传播的方向加速。其后Ashkin 利用两束相对照射的TEM00模式激光去捕获高折射率粒子，发现粒子在激光横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后沿着光束传播的方向运动到一个稳定的平衡点停止下来，这样粒子就被两束相对照射的激光束稳定捕获了。这时它还不能称之为光镊，因为只能实现横向二维捕获，而在轴向上由于强烈的散射力的存在无法实现捕获。 1971 年，Ashkin 和Dziedzic 第一次使用了单光束捕获粒子[2]。他们利用一束聚焦的TEM00模式激光从下向上照射粒子，在轴向散射力的作用下粒子被顶起，同时粒子受到向下的重力作用。当粒子运动到平衡位置时，向上的散射力和向下的重力达到平衡，粒子在轴向上稳定下来。在横向上，由于光束的横向梯度力始终指向光束中心，因此粒子被稳定地捕获在光束中心。这样就形成了一个单光束悬浮光阱（opticallevitation trap）。在1986年，Ashkin 发表了一篇具有深远意义的论文[3]，标志着光镊的诞生。在此文中Ashkin仅仅利用一束激光就实现了在三维方向上捕获电介质粒子，而且在轴向上利用的是梯度力捕获粒子，而非利用重力作用的悬浮光阱。实验中Ashkin利用高度聚焦的单光束焦点形成的单光束梯度力势阱（single beam gradientforce trap），在水中成功地捕获了直径从25nm 到10μm 的电介质粒子，且在横向和轴向上所施加的捕获力都来自于光场梯度力。由于这种单光束梯度力势阱
数据库原理及应用(第二版)人民邮电出版社出版——习题参考答案
第1章数据概述 一．选择题 1．下列关于数据库管理系统的说法，错误的是C A．数据库管理系统与操作系统有关，操作系统的类型决定了能够运行的数据库管理系统的类型B．数据库管理系统对数据库文件的访问必须经过操作系统实现才能实现 C．数据库应用程序可以不经过数据库管理系统而直接读取数据库文件 D．数据库管理系统对用户隐藏了数据库文件的存放位置和文件名 2．下列关于用文件管理数据的说法，错误的是D A．用文件管理数据，难以提供应用程序对数据的独立性 B．当存储数据的文件名发生变化时，必须修改访问数据文件的应用程序 C．用文件存储数据的方式难以实现数据访问的安全控制 D．将相关的数据存储在一个文件中，有利于用户对数据进行分类，因此也可以加快用户操作数据的效率 3．下列说法中，不属于数据库管理系统特征的是C A．提供了应用程序和数据的独立性 B．所有的数据作为一个整体考虑，因此是相互关联的数据的集合 C．用户访问数据时，需要知道存储数据的文件的物理信息 D．能够保证数据库数据的可靠性，即使在存储数据的硬盘出现故障时，也能防止数据丢失 5．在数据库系统中，数据库管理系统和操作系统之间的关系是D A．相互调用 B．数据库管理系统调用操作系统 C．操作系统调用数据库管理系统 D．并发运行 6．数据库系统的物理独立性是指D A．不会因为数据的变化而影响应用程序 B．不会因为数据存储结构的变化而影响应用程序 C．不会因为数据存储策略的变化而影响数据的存储结构 D．不会因为数据逻辑结构的变化而影响应用程序 7．数据库管理系统是数据库系统的核心，它负责有效地组织、存储和管理数据，它位于用户和操作系统之间，属于A A．系统软件B．工具软件 C．应用软件D．数据软件 8．数据库系统是由若干部分组成的。下列不属于数据库系统组成部分的是B A．数据库B．操作系统 C．应用程序D．数据库管理系统 9．下列关于客户/服务器结构和文件服务器结构的描述，错误的是D A．客户/服务器结构将数据库存储在服务器端，文件服务器结构将数据存储在客户端 B．客户/服务器结构返回给客户端的是处理后的结果数据，文件服务器结构返回给客户端的是包含客户所需数据的文件
矢量控制系统(FOC)基本原理
矢量控制(FOC)基本原理 2014.05.15 duquqiubai1234163. 一、基本概念 1.1模型等效原则 交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，单相除外，二相、三相、四相…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。 图1 图1-1b 中绘出了两相静止绕组α 和 β ，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F 。再看图1-1c 中的两个互相垂直的绕组M 和 T ，通以直流电流M i 和T i ，产生合成磁动势F ，如果让包含两个绕组在的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 1-1a 一样，那么这三套绕组就等效了。
三相--两相变换（3S/2S 变换） 在三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组α、β之间的变换，简称3S/2S 变换。其电流关系为 111221022A B C i i i i i αβ????-- ???????=?????????-????? （） 两相—两相旋转变换（2S/2R 变换） 同步旋转坐标系中（M 、T 坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为 cos sin 2sin cos M T i i i i αβ??????????=??????-???? ?? （） 1.2矢量控制简介 矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。
光镊原理及其应用
光镊原理及其应用 摘要：激光的发明使得光的力学效应走向了实际应用。本文介绍了光镊技术的基本原理及其在生物科学方面的一些应用。 关键词：光镊；光的力学效应；生物科学；应用 1 引言 光镊是A. Ashkin[1]在关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。光镊在问世之初被看作是微小宏观粒子的操控手段，并渐渐成了光的力学效应的研究和应用最活跃的领域之一。近20年来光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。 2 基本原理 光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应。对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[1~3]。如图1（a）所示。入射光线A将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球，力的作用方向与光线入射方向相同。A经过若干反射、折射后，以光线A’出射。入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力F A。图1（b）为作用力简图，实际力的作用过程较此复杂，A’应为所有（包括反射光透射光）出射光线辐射压的合力，但结果与此相似，小球受轴向指向焦点的力。 对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论[1]和电磁模型。波动光学理论（也是光镊的基本理论）认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。在折射率为n m的介质中，折射率为n p 的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为[1] F scat =n m P scat/ c （1） 这里P scat为被散射的光功率。或用光强I0和有效折射率m = n p / n m表示为 （2） 对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为
《光镊技术》阅读答案(2019年四川省内江市中考题)
阅读下文，完成第21～23题。（12分） 九旬美国物理学家阿瑟·阿什金因为发明“光镊技术”,获得 2018 年诺贝尔物理学奖。很多科研界人士甚至压根没听说过“光镊”这种技术。“光镊”虽然内涵深奥，但其实稍加简介就能让普通人建立概念。今天，我们就先试着让大家了解一下这个能够以光的力量来操纵细胞的诺贝尔奖成就。 “光镊”诞生的发想——光之力 伴随着上世纪60年代以来激光束流相关的产生、控制技术的进展，利用光来操作微小物体的“光镊”随之登上了历史舞台。阿瑟·阿什金教授曾在贝尔实验室和朗讯科技公司任职，他很早就开始进行光操控微粒的研究工作，并最终于1986年公开了他的第一代“光镊”。大家都知道光可以协助动物产生视觉，可以为植物提供能量来源，可以加热物体，但是对“光的力学领域”可能并不熟悉。实际上，光镊正是利用了“光的力”（也译为光压、辐射压等等），并诞生了举世瞩目的成果。 什么是“光的力”？ 中学物理中，我们已经了解了光同时具有波和粒子的双重性质，所谓波粒二象性。与人体被飞来的棒球击中后产生冲击一样，光的粒子即光子在接触物体后，同样会对该物体施加力的作用。 你可能会感到奇怪，既然如此，我们为什么没有被强烈的日光或者探照灯击倒在地呢？ 这是因为，光的压力大概仅仅在10亿分之一到100亿分之一N这个数量级，所以说能用肉身感受到光压的人显然是不存在的。 然而，越是微小的物体，就越容易被微小的力所撼动。例如，红血球、细菌一类人体细胞或者微生物等等都对光压非常敏感。来自光的微小压力可以让微小的物体在不受到积压破坏的前提下进行移动。 光镊是如何让光操控微粒成为可能的 具体来说，光镊系统一般由照明光路和控制光路构成。 照明光路负责采集成像所需的信号，而控制光路用来控制和限制微小物体的运动。控制光路的核心是汇聚性能特别好的激光束发射系统。 激光的特性之一就是可以被汇聚到一个十分微小的光斑上，这是普通光源所无法实现的。对于所要操控的微小物体来说，这种激光束汇聚形成的强聚焦光斑会形成一个类似“陷阱”的机构（称为三维光学势阱），微粒将会被束缚在其中。 一旦微粒偏离这个“陷阱”中的能量最低点（即位置的稳定点），就会受到指向稳定点的恢复力作用，好像掉进了一个无法摆脱的“陷阱”一般。如果移动聚焦光斑，微粒也会随之移动，因此便能实现对微粒的捕获和操控。 光镊技术早已大显神通 光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。 又比如，在环境科学领域，经常会有区分水中数种微小物体的需求，利用光镊可以将各种物质在无损条件下容易地分离，给之后的精密分析创造良好的条件。 此外，在操控的同时，鉴于激光波长良好的稳定性和高精度，光镊还可以同时获得大量空间测量数据。 一个有趣的应用实例就是，有研究人员利用光镊测量了驱动蛋白在微管上行走的距离数据，从而推算出驱动蛋白每走一步的能量正好相当于一个ATP水解所释放的能量，堪称光镊操控性和测量性结合的绝好案例。
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展 信息工程系 王 坚 [摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。 [关键词] 激光陷阱，光镊，激光 1． 引言 光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。 2. 光镊技术原理 2.1光压原理 光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为： ()R c E p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
PID控制的基本原理
S lim e (t ) = 1 +RK t →∞ PID 控制的基本原理 1．PID 控制概述 当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。测量关 心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制中应用的关键是： 做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。 在过去的几十年里，PID 控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术 飞速发展的今天，在工业过程控制中 95%以上的控制回路都具有 PID 结构，而且许多高级控制都是以 PID 控制为 基础的。 PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成，它的基本原理比较简单，基本的 PID 控 制规律可描述为： G (S ) = K P + K 1 + K D S (1-1) PID 控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需设定三个参数（ K P ， K I 和 K D ） 即可。在很多情况下，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。 PID 控制具有以下优点： （1） 原理简单，使用方便，PID 参数 K P 、K I 和 K D 可以根据过程动态特性变化，PID 参数就可以重 新进行调整与设定。 （2） 适应性强，按 PID 控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其 基本控制功能也仍然是 PID 控制。PID 应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也 可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行 PID 控制了。 （3） 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。 但不可否 认 PID 也有其固有的缺点。PID 在控制非线性、时变、偶合及参数和结构不缺点的复杂过程时，效果不是太好； 最主要的是：如果 PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。 在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但 PID 仍因其自身的优 点而得到了最广泛的应用，PID 控制规律仍是最普遍的控制规律。PID 控制器是最简单且许多时候最好的控制器。 在过程控制中，PID 控制也是应用最广泛的，一个大型现代化控制系统的控制回路可能达二三百个甚至更多， 其中绝大部分都采用 PID 控制。由此可见，在过程控制中，PID 控制的重要性是显然的，下面将结合实例讲述 PID 控制。 1.1.1 比例（P ）控制 比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输 出存在稳定误差。比例控制器的传递函数为： G C (S ) = K P (1- 2) 式中， K P 称为比例系数或增益（视情况可设置为正或负），一些传统的控制器又常用比例带（Proportional Band ， PB ），来取代比例系数 K P ，比例带是比例系数的倒数，比例带也称为比例度。 对于单位反馈系统，0 型系统响应实际阶跃信号 R 0 1(t)的稳态误差与其开环增益 K 近视成反比，即： t →∞ 对于单位反馈系统，I 型系统响应匀速信号 (1- 3) R 1 (t)的稳态误差与其开环增益 K v 近视成反比, 即: lim e (t ) = R 1 K V (1- 4)
数据库原理及应用课程设计完整版
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！ 数据库原理及应用课程 设计 《图书馆管理系统》 数据库设计报告 成都信息工程学院信息管理与信息系统专业 班级：09级二班 姓名：谢泽勇、彭广川、彭圆圆、肖玲
在信息时代，图书馆已成为全社会的一个重要的公共信息资源，面对成千上万的图书和众多的借阅者，妥善的管理图书 和借阅者的资料是及其重要的，借助计算机信息系统可大大减 轻工作强度，提高工作效率。 本文根据《数据库技术及应用》课程要求而做。 课程作业要求如下： 1、严格按照数据库设计步骤，完成该系统的需求分析、概念模型设计、逻辑结 构设计； 2、需求分析分需求调查和需求分析两部分。其中需求调查应首先明确调查对象 （即，图书馆）。然后按照课程讲授的需求调查内容、步骤与方法，对图书馆进行调查。调查结果通过需求分析得到“图书馆管理信息系统”的数据字典和数据流程图，并严格按照数据字典和数据流图的标准格式与图符进行描述。 3、在得到的数据字典和数据流程图基础上，通过概念模型设计方法，得到“图 书馆管理信息系统”的E-R图。 4、将“图书馆管理信息系统”的E-R图转换为SQL Server2000支持的关系模式， 并按标准关系模式格式描述。 5、通过SQL Server2000对数据库物理结构进行设计；组织数据入库，利用SQL 语言进行简单、连接、嵌套、组合、统计等查询操作，将SQL代码及其运行结果保存；利用SQL语言对数据进行更新、删除和修改操作。 一、功能分析 (1) 读者信息的制定、输入、修改、查询，包括种类、性别、借书数量、 借书期限、备注。 (2) 书籍基本信息制定、输入、修改、查询，包括书籍编号、类别、关 键词、备注。 (3) 借书信息制定、输入、修改、查询，包括书籍编号、读者编号、借 书日期、借书期限、备注。 (4) 还书信息制定、输入、修改、查询，包括书籍编号、读者编号、还 书日期、还书期限、备注。 (5) 有条件、多条件查询各种信息.
光镊原理教学提纲
精品文档 1.1光镊技术简介 光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】。1969年，A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）。在对这两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A. Ashkin等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱”（single-beam optical gradient force trap）。由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7-10】，也常被用来测 量生物过程中的一些力学特征【11-14】。 1.2光镊的原理与特点 众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量，却很少利用光的动量。究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。 1.2.1光压与单光束梯度力光阱 光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压。1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式。1901年，俄国人П.Н.列别捷夫用悬在细丝下的悬体实现了光压的实验测量【15】。此后，美国物理学家尼克尔、霍尔也精品文档． 精品文档 分别测量了光压【16】。20世纪70年代，人们开始研究激光的辐射压力，并发 展了原子束的激光偏转【17】、激光冷却【18】、光子粘团【19】等实验技术。在宏观微粒的光压力研究方面，由光悬浮发展到光捕获、光致旋转等【20】。1970年，A.Ashkin【21】首次实现了水溶液中的光悬浮。随后的一些研究【22-25】 最终导致了光镊的发明。 通常光对物体的作用力都是推力。但是，在一定条件下光也可以对物体产生拉力，或更一般的，产生束缚力。这就牵涉到光对物体作用的梯度力。 为了阐明梯度力的概念，以透明介质