光镊技术中的纳米位移探测及其测量误差讨论

光镊系统可以实现微米粒子的纳米精度位移测量 ,对该测量装置和方法及各种误差来源进行了分析。着重讨论了动态图像分析法 ,包括灰度重心法和新发展的幂次重心法、二次曲线拟合法。提出了一种对图像分析法进行评估的数值模拟方法 ,对这三种算法引起的误差进行了数值模拟。结果表明 ,方法误差与随机噪声的性质有关 :在本底噪声为主时 ,二次曲线拟合法精度高 ,计算量小。用四像限探测器和图像分析法对固定的微米小球进行了位置测量 ,二者的标准偏差分别为 1nm和 0 .3nm。在纳米精度的位移测量的基础上 ,可以实现光阱刚度的测量 ,并进而测量了微米小球所受到的亚皮牛顿力。基于位移和刚度的精密测量 ,微小力的测量可以达到飞牛顿量级。