Optische Fallen

Eine optische Falle – auch bezeichnet als „optische Pinzette“ – entsteht, wenn ein einziger Laserstrahl scharf auf einen nahezu beugungsbegrenzten Laserspot fokussiert wird. Ein Laser induziert variable Dipole in dielektrischen Partikeln, und durch die Wechselwirkung dieser Dipole mit dem homogenen elektrischen Feld des Lasers entsteht die zunehmende Kraft der Falle.

 

 

Optische Fallen/Pinzetten sind Instrumente, bei denen eine Kraft im Pikonewtonbereich auf mikroskopische dielektrische Objekte ausgeübt und genutzt wird, um das jeweilige Material mithilfe von stark fokussierten Laserstrahlen festzuhalten, zu manipulieren und/oder zu bewegen.Sie werden hauptsächlich im Bereich der Bioforschung eingesetzt. Dielektrische Objekte werden entlang dem starken Gradienten des elektrischen Feldes von dem Bereich angezogen, in dem das elektrische Feld am stärksten ist, der Strahltaille. Nachdem das Teilchen in der Strahltaille eingefangen wurde, kann es wie mit einer Pinzette an eine andere Stelle verschoben werden.

Da optische Pinzetten Verschiebungen im Subnanometerbereich ermöglichen, werden sie zur Untersuchung einzelner an das dielektrische Partikel gebundener Moleküle verwendet. Beispielsweise wurden bei der biologischen Erforschung der Eigenschaften von DNA und zugehörigen Proteinen dank optischer Fallen und Pinzetten deutliche Fortschritte erzielt. Viele optische Fallen nutzen zur Untersuchung der relevanten Biomoleküle die Grundwellenlänge von 1 μm CW-Lasern. Diese linear polarisierten Einzelfrequenzlaser sind notwendig, da viele wässrige biologische Proben bei dieser Wellenlänge einen niedrigen Absorptionskoeffizienten aufweisen, wodurch Beschädigungen des biologischen Materials minimiert werden. Andere Wellenlängen, z. B. grün (0.51-0.55 μm) und nahes Infrarot (1.15-1.8 μm), werden ebenfalls verwendet.

Obwohl meist TEM00-Gauß-Strahlen eingesetzt werden, haben auch andere Laserstrahlen Verwendung gefunden, darunter Hermite-Gauß-Strahlen, Laguerre-Gauß-Strahlen und Bessel-Strahlen.
IPG-Laser eignen sich aufgrund der nahezu perfekten Strahlqualität mit M2-Werten nahe Eins und der hohen Strahllagestabilität besonders gut für optische Fallen. IPG bietet daher ein Programm von Lasern und zugehörigen Lösungen mit den für Experimente mit optischen Fallen erforderlichen Wellenlängen, Strahlmodi und Strahlqualitäten.
 
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