博士研究了数年的光镊，一直觉得自己研究不像材料方向既非主流也不热门，毕业后工作似乎也难找。但今年竟然获了诺贝尔奖，从未感到诺奖距离自己如此之近，感动的老泪纵横，也来凑个热闹，批判的发几句牢骚。谈一谈光镊的瓶颈与缺点。

先来说下光镊的理解，光镊的本质就是一个镊子或者说是筷子，是个工具而已。还记得复仇者联盟里灭霸团队枯木候第一次攻击地球时，用飞船射出一束光把奇异博士抓获，用的方法就是光镊。

原理简单说就是透明物体在一个不均匀的光场下，起主导作用的光场梯度力（Gradient force）会将其推到光强最强的地方，这就是为什么需要高数值孔径的透镜来产生一个中心点光强最强，且梯度很大的光场，来抓住这个透明的球，如下图：（具体光动量原理什么的可以自行搜索，很多 ppt 讲得很好）

光镊可以非接触,无损伤地操纵活体物质,并且它产生的皮牛（PN）数量级的力适合于生物细胞、亚细胞以及原子物理的研究。但传统光镊也有许多局限性与难点：

1. 光是有衍射极限的，对于接近或者小于光波长的颗粒就很难捕获
2. 不透明的物体不能捕获
3. 需要高 NA 的物镜，详见这篇文章：光镊系统——物镜的选择，以及较复杂的光路设置
4. 激光产生的热效应
5. 如何分类的捕获
6. 抓到后干啥（异常关键与尴尬的问题）

所以现在主要的研究方向之一就是怎么样克服这些局限啦，所以有一大堆文章告诉你他们的解决方法。

对于前 5 个问题，利用金属纳米结构的表面等离子体共振 SPR(可参考这个回答，等离子体和表面等离子体是什么关系？) 可以很好的解决，简单来说，金属纳米结构在外界光激发下，可以产生一个纳米尺度的梯度场，把光局域到纳米尺度。前文说过颗粒会被抓到光强最强的地方，所以利用它不仅可以声称突破了衍射极限，而且极大降低了光镊所需的光功率密度。纳米光镊方向的研究很多，认真搞搞也很容易发 Nature，而且画一些酷炫的图片就更容易发了，例如下面：

研究方向之二就是怎样花式抓球，在光纤头上抓（例如现在暨南大学的 Li Baojun 课题组）；抓了球然后然操纵转起来（像耍杂技）；设计各种纳米结构抓；借助热泳抓(CUHK Aaron group)；借助电泳抓（普渡大学的 Boltasseva group）；或者把颗粒抓起来拼成一些图案 。

尽管光镊来说，研究怎样抓的更 fashion，抓的更快，抓的更开心，或者在活体中抓，抓更难抓的物体（例如金属纳米颗粒，由于其更小，散射力更强）或者是抓单个颗粒，有很多可以灌水的方向。但坦白讲，抓住了有什么实际意义么？就像我们吃饭，用筷子抓起来一个块肉不吃，或者随机抓起来桌子上的食物，却不知道干啥，这是没有任何意义的。

如果说有意义的研究是啥的话，我觉得是颗粒的分类(sorting)，但目前来看，要想单纯用光镊实现选择性捕获或者分类还是比较困难的。

所以在应用方面，光镊虽然获得了诺贝尔奖，但大都停留在生物或者原子物理的科研应用上。还是缺少一个 killer application 以及更加广泛的应用 。虽然 Thorlab，荷兰 Lumicks m-Trap，以及硅谷的一些企业已经有些光镊产品，但都是很边缘化的，对公司来说，仅仅适合在展会上展览，特别是再加个 Ipad 操纵，会很有 feel，可以显示高超光学设计实力。

2018 年年初的一篇文章将光镊应用到了裸眼 3D 显示方面，让人眼前一亮，被光镊捕获的颗粒作为空间中全息图像像素，通过发光颗粒的移动来显示三维图像，不用观察者佩戴设备，随便多少人多近距离看都没问题，因为它是真实存在的发光微粒，实现了“真”3D 图像，如下图所示，简直太酷了。

光镊的这个应用，或让科幻电影中的场景近在咫尺。

简单介绍一下我们的研究，主要是应用光热效应的热泳力辅助进行光镊捕获。下面视频显示的是光纤纤芯的光镊将带有绿色荧光的细胞，抓到纤芯处又被释放的过程。

光纤光镊对生物细胞捕获与释放 https://www.zhihu.com/video/1038457691512881152

还有墨尔本大学物理系的朋友 Dr. Xu 最近的大作，精准地操控了小至 20nm 的颗粒球，并对其中的物理进行了详细的研究。