Nano-optical trapping using an all-dielectric optical fiber supporting a TEM-like mode
Source abstract
Abstract
Abstract Fiber optical tweezers benefit from compact structures and compatibility with fiber optic technology, however, trapping of nano-objects are rarely demonstrated. Here, we predict stable optical trapping of a 30 nm polystyrene particle using an all-dielectric coaxial optical fiber supporting an axisymmetric TEM-like mode. We demonstrate, via comprehensive finite-difference time-domain simulations, that the trapping behavior arises from a significant shift of the fiber-end-fire radiation directivity originated from the nanoparticle-induced symmetry breaking, rather than the gradient force which assumes an invariant optical field. Fabrication of the fiber involved is entirely feasible with existing techniques, such as thermal-drawn and electrospinning, and therefore can be mass-produced.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Orbital Angular Momentum in Optics · Microfluidic and Bio-sensing Technologies · Near-Field Optical Microscopy
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (42)
Show source-provided references
1. Ashkin · Phys. Rev. Lett. · 1970 · 2410.1103/PhysRevLett.24.156 ↗
2. Ashkin · Opt. Lett. · 1986 · 11 · 28810.1364/OL.11.000288 ↗
3. Heller · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 308710.1021/cr4003006 ↗
4. Ahn · Nat. Nanotechnol. · 2020 · 15 · 8910.1038/s41565-019-0605-9 ↗
5. Ahn · Phys. Rev. Lett. · 2018 · 12110.1103/PhysRevLett.121.033603 ↗
6. Zhou · Nature · 2020 · 579 · 4110.1038/s41586-020-2048-8 ↗
7. Bykov · Nat. Photon. · 2015 · 9 · 46110.1038/nphoton.2015.94 ↗
8. Kreysing · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 110.1038/ncomms6481 ↗
9. Leite · Nat. Photon. · 2018 · 12 · 3310.1038/s41566-017-0053-8 ↗
10. Li · J. Lightwave Technol. · 2021 · 39 · 25110.1109/JLT.2020.3023456 ↗
11. Lou · Adv. Fiber Mater. · 2019 · 1 · 8310.1007/s42765-019-00009-8 ↗
12. Liberale · Nat. Photon. · 2007 · 1 · 72310.1038/nphoton.2007.230 ↗
13. Xin · Small · 2017 · 13 · 160341810.1002/smll.201603418 ↗
14. Xin · Light-Sci. Appl. · 2014 · 3 · e20510.1038/lsa.2014.86 ↗
15. Gong · Opt. Express · 2014 · 22 · 2526710.1364/OE.22.025267 ↗
16. Tang · Opt. Lett. · 2019 · 44 · 516510.1364/OL.44.005165 ↗
17. Li · Light-Sci. Appl. · 2016 · 5 · e1617610.1038/lsa.2016.176 ↗
18. Li · Light-Sci. Appl. · 2019 · 8 · 110.1038/s41377-018-0109-7 ↗
19. Berthelot · Nat. Nanotechnol. · 2014 · 9 · 29510.1038/nnano.2014.24 ↗
20. Gelfand · Opt. Lett. · 2014 · 39 · 641510.1364/OL.39.006415 ↗
21. Ehtaiba · Opt. Express · 2018 · 26 · 960710.1364/OE.26.009607 ↗
22. Ibanescu · Science · 2000 · 289 · 41510.1126/science.289.5478.415 ↗
23. Propagating modes of the travelling wave in a microwave plasma torch with metallic enclosure10.1063/1.5086088 ↗
24. Pozar · 2011
25. Saleh · Nano Lett. · 2012 · 12 · 558110.1021/nl302627c ↗
26. Yoo · Nano Lett. · 2018 · 18 · 363710.1021/acs.nanolett.8b00732 ↗
27. Xiao · Opt. Lett. · 2018 · 43 · 341310.1364/OL.43.003413 ↗
28. Juan · Nat. Phys. · 2009 · 5 · 91510.1038/nphys1422 ↗
29. Optical trapping of single quantum dots for cavity quantum electrodynamics10.1364/PRJ.6.000182 ↗
30. Chen · Nano Lett. · 2012 · 12 · 12510.1021/nl2031458 ↗
31. Descharmes · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 110 · 12360110.1103/PhysRevLett.110.123601 ↗
32. Lou · Front. Optoelectron. · 202110.1007/s12200-021-1134-3 ↗
33. Peng · Opt. Express · 2008 · 16 · 175810.1364/OE.16.001758 ↗
34. Baida · Phys. Rev. B · 2006 · 74 · 20541910.1103/PhysRevB.74.205419 ↗
35. Loke · Adv. Mater. · 2020 · 32 · 190491110.1002/adma.201904911 ↗
36. Han · Chem. Plus. Chem · 2019 · 84 · 1453
37. Marchington · Opt. Express · 2008 · 16 · 371210.1364/OE.16.003712 ↗
38. Griffiths · 1998 · 351
39. Kotnala · Nano Lett. · 2014 · 14 · 85310.1021/nl404233z ↗
40. Wang · Opt. Lett. · 2020 · 45 · 188610.1364/OL.389008 ↗
41. Yang · Nature · 2009 · 457 · 7110.1038/nature07593 ↗
42. Zhan · Appl. Phys. Lett. · 2020 · 11710.1063/5.0027068 ↗