申論題

2. 光學鑷子 ： （ 應用高度聚焦的雷射光束來控制微小 物 體 ） 當雷射 光 穿透折射率比周圍介質還大的球 形 微 粒（ 以 下簡稱為微粒）時，雷射光束會折 射偏向， 代 表 光 束 中 光子的動量 發生了 變化， 由牛頓第三運動定律 可知， 光子可施力於微粒 上 。 當微粒 的大小遠大於雷射 光 的波長 時，可用幾何光學來解釋光學鑷子 的原理。如圖 11所示， 若 僅 考慮通過 會 聚透鏡後 的 雷射光束 中，行進 方 向 交 會 於微粒 球 心 O下 方 的 B點 之 編 號 1、2兩 條 光 線，它們射入微粒後會發生 偏折，再由 微 粒 的上方射出 時，則 因光線被折射， 光 子 會施於微粒 一個作 用 方 向 向 下 的 合 力  ， 而 將微粒 向下推移。編號 1、 2兩條光線 射入微粒前 後 ， 光子的動量 分別為 與 ，與。 如 圖 12所示，若改變兩條光線的入射方向使 行 進 方向交會點在 微 粒 球 心 O上 方 的 C點，試 參考圖 11的動量表示方式，僅需考慮光的折射，畫出雷 射 光 的光子路徑、雷射光 的光子在射入微粒前後的動量 與、 與並標示出動量變化 、 、 以 及 微 粒 受光子合力 作 用 的方向。