Eine Gruppe von Forschern aus Schottland und der tschechischen Republik hat eine neuartige optische Falle zur Manipulation von Objekten mit Durchmessern von nur wenigen Mikrometern entwickelt. Diese können somit wie von Geisterhand über mehrere Hundert Mikrometer hinweg transportiert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Anwendungen in der Mikroskopie.
Optische Fallen oder “Pinzetten” machen sich den Umstand zunutze, dass nichtleitende Materie durch ein elektrisches Feld polarisiert wird. Daher können etwa mikroskopisch kleine Glaskugeln in einer Flüssigkeit durch einen fokussierten Laserstrahl angezogen und anschließend mit dem Brennpunkt des Strahls durch das Medium bewegt werden. Pavel Zemanek von dem Institut für Wissenschaftliche Instrumente in Brno und seine Kollegen aus St. Andrews in Schottland nutzten diesen Effekt zur Entwicklung eines optischen “Fließbands” aus.
Die optische Falle der Forscher entstand durch zwei frontal aufeinander treffende Laserstrahlen. Durch Interferenz bildete sich so eine stehende Lichtwelle mit Maxima und Minima des elektrischen Feldes aus. Zemanek erzeugte diese Welle in einer mit einer Flüssigkeit gefüllten Glasröhre, in der kleine Kunststoffkugeln schwammen.
Wie erwartet ordneten sich die Kugeln je nach ihrer Größe entweder in den Maxima oder in den Minima der stehenden Lichtwelle an. Um die Kugeln durch die Flüssigkeit zu verschieben, musste daher nur die Phase einer der beiden Laserstrahlen variiert werden, so dass sich die Position der Maxima und der Minima verschob. Die Kügelchen wanderten dann wie auf Kommando mit diesen über mehrere hundert Mikrometer durch die Flüssigkeit.
Damit dies funktionierte, mussten die Forscher allerdings zu einem Trick greifen: Anstelle gewöhnlicher Laserstrahlen verwendeten sie so genannte Besselstrahlen. Da sich derartige Strahlen bei ihrer Wanderung durch einen Körper nicht verbreitern, war die Falle somit entlang ihrer Achse räumlich stabil. Bilder des Experiments finden sich auf der Internetseite der Forscher.
Stefan Maier
