可能很多人都在电影中看到过这样的场景——随着一束光线从飞船下方落下，整个人都飞了起来，然后被拉了进去。虽然之前这只是在点科幻电影中才能看到的画面，但是现在却正在被科学家慢慢实现。

 

       最近，青岛科技大学的研究团队成功研发出一种使用激光拉动宏观物体的方法。尽管之前就已经有过微观尺度的激光牵引，但这是首次用于较大的物体。该成果以“Macroscopic laser pulling based on the Knudsen force in rarefied gas”为题发表在Optics Express上（DOI: 10.1364/OE.480019）。

 

图 激光牵引宏观物体

 

       由于光包含能量和动量，因此可用于悬浮、旋转等各种类型的光学操作，其中最典型的方法要属“光镊”和“激光原子气体的冷却”。以光镊为例，顾名思义就是用光做的镊子。它可以用来加持、操纵细菌、病毒这种尺寸非常微小的物体。在过去的几十年里，科学家们一直在研究一种新型的光学操作——利用激光来产生可以拉动物体的光学牵引光束。

 

       团队主要负责人王磊表示，在以往的研究中，光拉力太小，不足以拉动宏观物体。但是通过我们的新方法，光拉力的振幅要大得多。和用于驱动太阳帆的光压力相比，它要大三个数量级以上。而且，用来演示该技术的稀薄气体环境与在火星上发现的环境相似。因此，该技术在未来的一天有望操控火星上的探测车。

 

       研究中，他们将将宏观尺度的石墨烯气凝胶-二氧化硅双层置于稀薄气体中；利用激光束辐照二氧化硅层；石墨烯气凝胶-二氧化硅双层材料在稀薄气体中进行宏观尺度激光牵引。然后利用重力摆装置进一步测量了比辐射压大三个数量级以上的拉力。该工作将光学牵引的范围从微观扩展到宏观，为宏观光学操作提供了有效的技术途径。

 

       而为了获得更精确的数据，在实验中，研究人员选择使用轻质扭摆装置定性地描述了激光牵引现象，用重力摆装置测量了激光牵引力。并在真空室内进行，内部空气压力为5 Pa。在没有激光照射的情况下，扭摆不动。随后使用波长为532nm的连续高斯光束，从右至左照射在二氧化硅层上。而当照射在材料上的激光功率达到60mW，观察到扭摆逆时针旋转，宏观石墨烯气凝胶-二氧化硅复合结构被拉向光源。

 

       不过需要注意的是，研究人员强调，这项工作只是一个概念证明，如果想要将该技术用于实际应用，还有很长的路要走。比如需要一个系统的理论模型来准确预测给定参数（包括物体的几何形状、激光能量和周围介质）的激光拉力。他们还想改进激光牵引方法，使其可以在更大范围的气压下工作。

 

       王磊讲到，“我们的工作表明，当精准调控光、物体和介质之间的相互作用时，对宏观物体进行灵活的光操纵是可行的”。“这项工作还揭示了激光与物质相互作用的复杂性，许多现象在宏观和微观尺度上仍有待研究”。

 

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