前麵我們介紹過,一束高斯分布激光束產生梯度力,使被照射的小球往光軸方向移動,束縛著小球不讓它離開光軸。我們再來看看一束經過透鏡彙聚的高斯激光,照射一隻放置於液體的光學透明小球時發生的情況。我們知道,光束在通過小球時會發生折射,在這個過程中光束與小球之間發生動量交換。因為經透鏡彙聚的高斯激光束,在垂直於激光傳播方向,以及在激光傳播方向都有梯度光電場。在這種情況下,交換動量的結果是,小球受到了兩種梯度力作用,一種是橫向梯度力,作用力垂直於激光傳播方向並且是指向光軸,把小球拉往靠攏光軸;另外一種是縱向梯度力,作用力的方向沿著激光束的傳播方向,並且是把小球拉往激光力拉回到焦點位置大分子被固定在激光束的腰部光彙聚的焦點運動。或者說,小球受到了橫向和縱向的束縛力,不讓它離開激光焦點位置。激光束被透鏡彙聚得越厲害,即激光場梯度越大,束縛小球的力也就越大。當然,激光束的強度高,束縛力也大。
假定小球的折射率為n1,它周圍介質的折射率為n0,介質小球球心處於激光束焦點下方。當透鏡光軸外的光線a, b進入介質小球上時被小球折射,折射後傳播方向趨向靠攏透鏡光軸,即光線增大了縱向的動量。由動量守恒原理,小球相應地獲得了反方向的動量,相應地受到反方向的作用力,即圖中光線a, b施加在小球上的力Fa, Fb,其合力沿負光軸方向。所有照射到小球上的光線被其折射後都貢獻一份沿光軸反方向的作用力,它們的合力都趨向於把小球拉向焦點。小球表麵反射光時也傳給小球動量,但動量改變很小,相應地,產生的沿光束傳播方向的散射力也很小。
對於球心處在光束焦點上方和光束焦點右方的小球,類似的力分析可知,光通過小球折射後,小球將分別受到指向正光軸方向和朝左方向的梯度力,也都使小球趨向於光束焦點運動。這樣一來,通過透鏡的高斯激光束就給被照射的微粒或者分子施加力量,把它們束縛在透鏡的焦點上或者激光束的腰部上,構成了一個光學陷阱,落到裏麵的微粒或者原子、分子將“身陷”其中,不能自拔。