Силы светового давления, рассеяние света и флуоресценция в резонансных диэлектрических структурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат наук Шилкин Даниил Александрович

• Шилкин Даниил Александрович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Шилкин Даниил Александрович

1. Оптические силы и методы управления частицами на основе объемных пучков

2. Нелинейные эффекты в суспензиях наночастиц

3. Метод оптического пинцета и фотонно-силовая микроскопия

4. Методы оптического управления на основе ближнего поля

4.1. Планарные схемы оптического управления

4.2. Управление частицами в поле канальных волноводов и оптических волокон

4.3. Оптический захват в ближнем поле нанорезонаторов

5. Методы оптической сортировки микро- и наночастиц

5.1. Активные методы оптической сортировки

5.2. Оптическая хроматография

5.3. Методы сортировки частиц в интерференционных полях

5.4. Оптическая сортировка частиц с резонансным откликом

6. Резонансы Ми в нанофотонике и оптическом управлении

6.1. Резонансы Ми и оптический магнетизм

6.2. Оптические силы вблизи резонансов рассеяния Ми

7. Задачи диссертационной работы

Глава II

Силы светового давления в поле блоховских поверхностных волн на фотонных кристаллах

1. Измерение сил, действующих на микрочастицу в поле блоховской поверхностной волны на фотонном кристалле

1.1. Образцы фотонных кристаллов

1.2. Экспериментальная установка

1.3. Калибровка установки и ход измерений

1.4. Результаты измерений и теоретический анализ

1.5. Движение частицы в поле поверхностной волны

2. Самовоздействие блоховских поверхностных волн на границе с суспензией диэлектрических наночастиц

2.1. Моделирование распространения плоских волн

2.2. Экспериментальные результаты

Глава III

Оптическая сортировка кремниевых наночастиц с резо-

нансами Ми в видимом диапазоне

1. Параметрический анализ оптических сил, действующих на кремниевые частицы в излучении видимого диапазона

2. Моделирование оптической сортировки кремниевых частиц с резонан-сами Ми в видимом диапазоне

Глава IV

Резонансы Ми в субмикронных алмазных частицах

1. Спектроскопия рассеяния на одиночных алмазных частицах

1.1. Расчет спектров рассеяния на алмазных частицах

1.2. Экспериментальная установка

1.3. Картирование образца и обработка экспериментальных данных

1.4. Результаты спектроскопии рассеяния

2. Флуоресценция центров окраски в ми-резонансных алмазных частицах

2.1. Расчет фактора Парселла в алмазной частице

2.2. Насыщение флуоресценции центров окраски

Заключение

Список литературы

Введение

Диссертационная работа посвящена исследованию сил светового давления, действующих на диэлектрические частицы в поле поверхностных электромагнитных волн в одномерных фотонных кристаллах, сил, действующих на кремниевые нано-частицы в оптическом излучении при возбуждении в них резонансов Ми, а также исследованию рассеяния света и флуоресценции в ми-резонансных субмикронных алмазных частицах с центрами окраски.

Актуальность выбранной темы обусловлена растущим интересом к методам оптического управления частицами и субволновой локализации поля оптического излучения. С начала 1970-х годов, когда были опубликованы первые работы, посвященные давлению света на коллоидные частицы [1,2], методы оптического управления объектами микро- и наномасштабов не прекращают развиваться. В первых экспериментах по обнаружению сил светового давления, далее также именуемых оптическими силами, управление наночастицами при комнатной температуре требовало сложной юстировки, использования дорогостоящих оптических элементов и, зачастую, разрушающе больших мощностей лазерного излучения [3,4]. Методы же, развитые на сегодняшний день, позволяют полностью интегрировать системы оптического захвата в компактные микрофлюидные чипы [5] и работать с такими объектами, как одиночные вирусы и белки, используя оптические мощности порядка нескольких милливатт [6,7]. Это стало возможным благодаря достижениям смежных направлений физики, таких как наноплазмоника и оптика фотонных кристаллов, открывающих новые возможности в локализации и усилении оптического поля.

В настоящей работе в роли объектов исследований, смежных с оптическим управлением, выступают блоховские поверхностные волны в одномерных фотонных кристаллах и резонансы Ми в частицах с высоким показателем преломления. Среди предложенных ранее методов оптического управления одними из наиболее изученных являются основанные на использовании поверхностных плазмон-поляритонов [6,8]. Блоховские поверхностные волны ранее не рассматривались в контексте оптического управления, несмотря на то что их использование может иметь ряд преимуществ: такие волны возбуждаются в многослойных диэлектрических структурах, простых в изготовлении и обладающих низким поглощением [9,10]. Возбуждение в частицах резонансов Ми оказывает существенное влияние на действующие со стороны света силы, что было показано как теоретически, так и экспериментально [11,12]. Тем не менее, использованию таких резонансов в методах оптической сортировки посвящено единичное число работ [13,14], и субмикронные кремниевые частицы ранее не выступали в качестве предмета сортировки. Наконец, возбуждение резонансов Ми низших порядков неоднократно упоминалось в литературе как одна из вероятных причин наблюдаемого разброса времени жизни возбужденного состояния центров окраски в субмикронных алмазных частицах [15,16]. Тем не менее, для алмазных частиц такие резонансы ранее не были изучены экспериментально. Можно заключить, что степень разработанности выбранной темы является достаточной, чтобы обеспечить развитую методологию и востребованность исследований, но оставляет открытыми ряд актуальных вопросов.

Цель и задачи

Цель диссертационной работы состоит в экспериментальном и теоретическом исследовании сил светового давления, действующих на диэлектрические частицы в поле поверхностных электромагнитных волн на фотонном кристалле, теоретическом анализе оптических методов сортировки суспензий кремниевых наночастиц и экспериментальном исследовании резонансов Ми в субмикронных алмазных частицах.

В рамках поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Обнаружение, измерение и теоретическое описание сил светового давления, действующих на диэлектрические микро- и наночастицы со стороны поля поверхностных электромагнитных волн на фотонном кристалле.

2. Расчет сил светового давления, действующих на субмикронные кремниевые частицы при возбуждении в них резонансов Ми, и анализ реализации методов сортировки кремниевых частиц в различных геометриях.

3. Экспериментальное обнаружение резонансов Ми в субмикронных алмазных частицах и влияния таких резонансов на насыщение флуоресценции центров окраски в частицах разного размера.

Научная новизна

В работе впервые обнаружены и измерены силы, действующие на диэлектрические частицы со стороны поля поверхностной электромагнитной волны на фотонном кристалле. Показано, что такие волны могут использоваться для оптического управления микрочастицами. Предложено использовать метод оптического пинцета для сканирования глубины проникновения эванесцентного оптического поля, и показана правомерность такого подхода. Впервые экспериментально продемонстрировано самовоздействие поверхностных электромагнитных волн, распространяющихся на границе одномерного фотонного кристалла и концентрированной суспензии диэлектрических наночастиц.

В работе предложены и теоретически охарактеризованы на примере кремниевых частиц методы сортировки по размеру субмикронных частиц с резонансами рассеяния Ми в видимом диапазоне с использованием двух оптических пучков с различающимися длинами волн. Предложена оригинальная схема полностью оптической сортировки по нескольким направлениям с использованием скрещенных оптических пучков.

Наконец, впервые экспериментально охарактеризованы резонансы Ми низших порядков в субмикронных алмазных частицах. Показано, что в спектрах рассеяния имеются выраженные пики, в соответствии с результатами расчетов свидетельствующие о возбуждении магнитодипольной и магнитоквадрупольной мод, и их положение смещается в длинноволновую область спектра с увеличением размера частицы. Для анизотропной частицы получена зависимость эффективности рассеяния от поляризации падающего излучения.

Теоретическая и практическая значимость

В ходе выполнения работы были развиты существующие подходы к фотонно-силовой микроскопии, что может использоваться в дальнейшем при сканировании эванесцентного оптического поля или измерении силовых взаимодействий с использованием оптических ловушек вблизи поверхности. Силовое воздействие поля блоховских поверхностных волн на диэлектрические частицы, экспериментально обнаруженное и охарактеризованное в ходе выполнения работы, может найти применение в оптическом управлении микро- и нанообъектами. Результаты по наблюдению самовоздействия поверхностных волн, распространяющихся на границе одномерного фотонного кристалла и концентрированной суспензии диэлектрических наночастиц, показали, что такие системы могут использоваться в модельных экспериментах по исследованию нелинейных оптических эффектов с использованием непрерывного лазерного излучения умеренной мощности. Предложенные в работе и рассмотренные на примере кремниевых наночастиц методы оптической сортировки могут использоваться для разделения полидисперсных суспензий субволновых частиц из различных материалов с высоким показателем преломления в видимом диапазоне. Результаты по обнаружению резонансов Ми в субмикронных алмазных частицах могут использоваться при разработке однофотонных источников и сенсоров на основе алмазных частиц с центрами окраски.

Методология диссертационного исследования

Для измерения сил, действующих на микрочастицы в поле поверхностных волн в одномерных фотонных кристаллах, использовался метод фотонно-силовой микроскопии, основанный на изучении статистики движения частицы, захваченной в оптической ловушке. Для визуализации экспериментов использовались стандартные методы микроскопии в геометрии на просвет. Возбуждение поверхностных электромагнитных волн проводилось в призменной схеме Кречманна и детектировалось методом угловой спектроскопии отражения лазерного излучения. Для измерения спектров рассеяния использовался метод темнопольной спектроскопии рассеяния на одиночных частицах, реализованный в геометрии на просвет. Для наблюдения насыщения флуоресценции использовался метод лазерной спектроскопии, также реализованной в геометрии на просвет. Для проведения численных расчетов распределения электромагнитного поля в исследуемых системах использовался метод конечных разностей во временной области. Аналитические расчеты проводились с использованием метода матриц распространения в многослойных структурах, теории Ми для рассеяния на сферических частицах и моделей, описанных в тексте диссертации.

Личный вклад

Личный вклад автора является определяющим и включает в себя проведение аналитических и численных расчетов, проектирование, сбор и юстировку экспериментальных установок, автоматизацию измерений, получение и обработку экспериментальных результатов.

Объект и предмет исследования

В роли объекта исследований в настоящей работе выступают силы светового давления, блоховские поверхностные волны и резонансы рассеяния Ми. Предметом исследований являются силы светового давления, действующие на микро- и нано-частицы со стороны поля поверхностных волн в одномерных фотонных кристаллах, силы светового давления, действующие на кремниевые частицы при возбуждении в них резонансов Ми, а также рассеяние света и флуоресценция в ми-резонансных субмикронных алмазных частицах.

Положения, выносимые на защиту

• На диэлектрическую частицу с показателем преломления, превышающим показатель преломления окружающей среды, со стороны поля поверхностной электромагнитной волны в одномерном фотонном кристалле действуют силы светового давления, направленные к поверхности фотонного кристалла и в направлении распространения поверхностной волны.

• Метод оптического пинцета может использоваться для определения глубины проникновения эванесцентного оптического поля в среду.

• Положение резонанса возбуждения поверхностной электромагнитной волны на границе фотонного кристалла и суспензии диэлектрических наночастиц зависит от мощности излучения, возбуждающего поверхностную волну.

• Резонансы рассеяния Ми на субволновых сферических кремниевых частицах в воде могут использоваться для сортировки таких частиц по размеру под действием сил светового давления.

• В субмикронных алмазных частицах возбуждаются резонансы рассеяния Ми, положение которых смещается в длинноволновую область спектра с увеличением размера частицы; эти резонансы влияют на флуоресценцию центров окраски в алмазных частицах.

Достоверность результатов

Результаты экспериментальных исследований были получены на современном оборудовании, воспроизводятся при повторении измерений и находятся в согласии с результатами расчетов. Результаты численного моделирования сохраняются при уменьшении шага сетки и согласуются с полученными аналитически. Указанные факторы свидетельствуют о высокой степени достоверности результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Силы светового давления, рассеяние света и флуоресценция в резонансных диэлектрических структурах»

Апробация работы

Результаты, отраженные в настоящей диссертации, представлены в следующих докладах на международных научных конференциях:

• D. A. Shilkin, E. V. Lyubin, I. V. Soboleva, A. A. Fedyanin, "Optical forces induced by Bloch surface waves on a one-dimensional photonic crystal," Days on Diffraction, Санкт-Петербург, Россия (2015).

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, I.V. Soboleva, A.A. Fedyanin, "Photonic force microscopy of surface electromagnetic waves in a one-dimensional photonic crystal," SPIE Optics+Photonics, San Diego, California, United States (2015).

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, I.V. Soboleva, A.A. Fedyanin, "Optical manipulation of microparticles with Bloch surface waves in dielectric multilayers," SPIE Photonics Europe, Brussels, Belgium (2016).

• D. A. Shilkin, M. R. Shcherbakov, E. V. Lyubin, K. G. Katamadze, O. S. Kudryav-tsev, V. S. Sedov, 1.1. Vlasov, A. A. Fedyanin, "Mie resonances in nanodiamonds," 9th International Conference on Materials for Advanced Technologies, Singapore

(2017).

• E. V. Lyubin, D. A. Shilkin, M. R. Shcherbakov, M. Lapine, A. A. Fedyanin, "Multidirectional optical sorting of Mie resonant dielectric nanoparticles," SPIE Photonics Europe, Brussels, Belgium (2018).

• D. A. Shilkin, D. V. Obydennov, M. R. Shcherbakov, E. V. Lyubin, K. G. Katamadze, O.S. Kudryavtsev, V. S. Sedov, I.I. Vlasov, A.A. Fedyanin, "Mie resonances and Purcell effect in nanodiamonds," SPIE Photonics Europe, Brussels, Belgium

(2018).

• D. A. Shilkin, E. V. Lyubin, A. A. Fedyanin, "Nonlinear self-action of Bloch surface waves governed by gradient optical forces," Optics and Photonics International Congress, SPIE Structured Light, Yokohama, Japan (2018).

• D.V. Obydennov, D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, M.R. Shcherbakov, E.F. Ekimov, O.S. Kudryavtsev, I.I. Vlasov, A.A. Fedyanin, "Saturation of fluorescence from NV centers in Mie-resonant diamond particles," International Conference on Metamaterials and Nanophotonics METANANO, Сочи, Россия (2018).

Основные результаты опубликованы в 7 работах, включая 4 статьи в рецензируемых научных журналах, индексируемых Web of Science и Scopus:

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, I.V. Soboleva, A.A. Fedyanin, "Direct measurements of forces induced by Bloch surface waves in a one-dimensional photonic crystal," Optics Letters 40(21), 4883-4886 (2015).

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, I.V. Soboleva, A.A. Fedyanin, "Near-field probing of Bloch surface waves in a dielectric multilayer using photonic force microscopy," Journal of the Optical Society of America B 33(6), 1120-1127 (2016).

• D. A. Shilkin, M. R. Shcherbakov, E. V. Lyubin, K. G. Katamadze, O. S. Kudryavtsev, V. S. Sedov, 1.1. Vlasov, A. A. Fedyanin, "Optical magnetism and fundamental modes of nanodiamonds," ACS Photonics 4(5), 1153-1158 (2017).

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, M.R. Shcherbakov, M. Lapine, A. A. Fedyanin, "Directional optical sorting of silicon nanoparticles," ACS Photonics 4(9), 23122319 (2017).

Другие публикации по теме диссертации:

• D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, I.V. Soboleva, A. A. Fedyanin, "Photonic force microscopy of surface electromagnetic waves in a one-dimensional photonic crystal," Proceedings of SPIE 9548, 954810 (2015).

• D. A. Shilkin, E. V. Lyubin, A. A. Fedyanin, "Nonlinear self-action of Bloch surface waves governed by gradient optical forces," Proceedings of SPIE 10712, 1071212 (2018).

• D.V. Obydennov, D.A. Shilkin, E.V. Lyubin, M.R. Shcherbakov, E.F. Ekimov, O. S. Kudryavtsev, I.I. Vlasov, A. A. Fedyanin, "Saturation of fluorescence from NV centers in Mie-resonant diamond particles," Journal of Physics: Conference Series 1092, 012102 (2018).

Глава I

Обзор литературы: методы оптического управления микро-и наночастицами

1. Оптические силы и методы управления частицами на основе объемных пучков

Силы светового давления, количественно описанные Дж. Максвеллом в 1873 году и впервые измеренные на рубеже двадцатого века [17], в течение долгого времени практически не находили себе места ни в фундаментальных исследованиях, ни в решении прикладных задач, ибо казалось, что их величины слишком малы, чтобы вызывать интерес [4].

С появлением лазеров ситуация изменилась. В 1970 году была опубликована работа А. Эшкина [1], в которой было исследовано движение прозрачных микрочастиц при освещении их непрерывным лазерным излучением. В эксперименте, схема которого показана на Рисунке 1а, одномодовое излучение аргонового лазера было сфокусировано в области кюветы, наполненной водной суспензией латексных микрочастиц сферической формы. Было обнаружено, что под действием света частицы приобретают ускорение в направлении распространения пучка, притягиваясь при этом к его оси. По достижении частицами стенки кюветы, они оставались захваченными в области пучка, а при его перекрытии — покидали свое положение под действием случайных броуновских сил.

(а)

лазер

V

о-»-

микроскоп >

фильтр

(б)

scat

Рис. 1. Движение диэлектрических микрочастиц в поле слабо сфокусированного гауссова пучка [1]. (а) Схема экспериментальной установки для наблюдения за поведением частиц. (б) Схема возникновения градиентной силы Еёгаа и силы рассеяния Е8С^ в гауссовом пучке.

Если за движение диэлектрической частицы вдоль направления пучка отвечает рассеяние света на ней, то механизмы, приводящие к возникновению градиентной силы, направленной к оптической оси, менее очевидны. Как позднее писал сам А. Эшкин [4], наблюдение градиентной силы было неожиданностью при проведении экспериментов. Без осуществления громоздких выкладок ее возникновение можно объяснить при выполнении сильного неравенства между размером частицы и длиной волны лазерного излучения.

Пусть, для начала, диаметр частицы много больше длины волны, и распространение света может быть описано в приближении геометрической оптики. На Рисунке 1б показан ход лучей а и Ь, симметрично падающих на сферическую частицу,

расположенную в области лазерного пучка. После преломления на ее границах направление лучей меняется, и, согласно закону сохранения импульса, на частицу действуют силы Еа и Еь. Причем, поскольку интенсивность в луче а выше, чем в Ь, то модуль силы Еа также выше, чем Еь, что соответствует притяжению частицы к оси пучка. Приведенное построение справедливо, если показатель преломления частицы превышает показатель преломления окружающей среды. Аналогично можно показать, что в противном случае частицы отталкиваются от оптической оси. В работе [1] это было проверено экспериментально на примере пузырьков воздуха.

Пусть теперь диаметр частицы много меньше длины волны, и взаимодействие света с частицей может быть описано в дипольном приближении. В электрическом поле волны Е частица приобретает дипольный момент р = аЕ, где коэффициент а — поляризуемость частицы — пропорционален ее объему. Сила, действующая на электрический диполь во внешнем электромагнитном поле, может быть найдена как сумма сил Лоренца, действующих на точечные заряды противоположных знаков, при устремлении к нулю расстояния между ними [18]. В нерелятивистском случае решение записывается следующим образом:

Е = (р V) Е +1 р х Н, (1)

где с — скорость света, Н — напряженность магнитного поля. Первое слагаемое с учетом р = аЕ преобразуется следующим образом:

(р V) Е = а/2 ГЕ2 - аЕ х (ГхЕ), а второе можно представить в следующем виде:

и 1 № (1

1р х Н = 1 л(р х Н) - р х иИГ)

где, в свою очередь, первое слагаемое осциллирует на оптической частоте и в среднем за период колебаний равно нулю, а второе преобразуется в соответствии с уравнениями Максвелла в немагнитной среде

✓ 1 ЛН \ _ _

-р Ч1 "Н =р х (ГхЕ)

и сокращается при подстановке в выражение (1). В результате проведенных преобразований и усреднения по времени за период колебаний выражение для силы (1) принимает следующий вид:

Е = а/2 Г(Е2). (2)

Таким образом, в дипольном приближении на частицу во внешнем электромагнитном поле действует сила, далее обозначаемая как Еёга^, направленная вдоль градиента интенсивности, то есть, при а > 0, к оси лазерного пучка. В случае линейно поляризованного излучения выражение (2) записывается через амплитуду электрического поля волны Е0 следующим образом:

ЕёГаа = а/4 ГЕ1 (3)

Нетрудно видеть, что градиентная сила является потенциальной Еёгаа = —УЖ, и потенциальная энергия взаимодействия

Ж = —а/4 Е02. (4)

Для сферической частицы, размер которой много меньше длины волны, поляризуемость выражается следующим образом [19]:

а = п2 г3 "—1, (5)

е £ + 2' v ;

где пе — показатель преломления среды, £ = пп^/пп^ — относительная диэлектрическая проницаемость (п — показатель преломления частицы), г — радиус. В случае большего размера, пренебрегая возмущением поля, выражение (4) обобщается как интеграл по объему частицы [20]:

Ж = — 47 / Ео2(х,У,*0 (х(у(х, (6)

где V — объем.

Помимо найденной градиентной силы, частица с ненулевой поляризуемостью испытывает силу, связанную с излучением электромагнитных волн наведенным дипольным моментом, осциллирующим на оптической частоте. Иными словами, частица рассеивает оптическое излучение. Поскольку последнее обладает ненулевой плотностью импульса, частица испытывает силовое воздействие, не учтенное выше. Количественно сила рассеяния может быть найдена с помощью закона сохранения импульса. В соответствии с теорией Рэлея, полное сечение рассеяния на частице, размер которой много меньше длины волны, выражается следующим образом [21]:

8ла2 ✓ 2^\4

^ = т) , (7)

где Л — длина волны излучения в вакууме. Поскольку диаграмма направленности дипольного излучения симметрична, и средний импульс рассеянного света равен нулю, сила Е8СаЪ действующая на частицу при рассеянии, равна суммарному импульсу излучения, рассеиваемого на ней в единицу времени:

Е^ = Пе ^^, (8)

с

где 8 — вектор Пойнтинга, а угловые скобки означают усреднение по периоду колебаний. Модуль усредненного вектора Пойнтинга — интенсивность — для линейно поляризованного света выражается через амплитуду электрического поля Е0 следующим образом:

1 = ПеСЕ2 • (9)

Понятия градиентной силы и силы рассеяния, строго введенные в рамках ди-польного приближения, могут использоваться для качественного описания наблюдаемых эффектов при любом соотношении размера частицы и длины волны из-

лучения. Так, для примера, показанного на Рисунке 1б, поведение частицы может быть описано как результат силы рассеяния, действующей в направлении распространения излучения, и градиентной силы, направленной к оси лазерного пучка.

Кроме сил светового давления на частицу в суспензии действуют случайные броуновские силы и сила тяжести, частично скомпенсированная силой Архимеда. Для эффективного управления частицами оптические силы должны их существенно превосходить.

В качестве примера проведем оценку сил, действующих на сферическую частицу из полистирола в воде. Показатели преломления этих веществ составляют соответственно 1.59 и 1.33, и согласно формуле для поляризуемости (5), в рэлеевском пределе а ~ 0.22 г3. В соответствии с выражениями (4) и (9), в линейно поляризованном излучении интенсивностью 1 МВт/см2 энергия захвата таких частиц по порядку величины равна 2жа1 / (пес) ~ г31/с ~ 4 х 10-21 Дж при диаметре частиц 2г = 100 нм и растет как куб диаметра. Полученное значение близко к масштабу энергии теплового движения при комнатной температуре квТ ~ 4.1 х 10-21 Дж, где кв — постоянная Больцмана, Т — температура. Это означает, что поведение частиц в таких условиях в равной степени определяется как оптическими силами, так и случайными соударениями с окружающими молекулами. Стабильный захват в области пучка возможен при использовании более интенсивного излучения или частиц большего диаметра. В случае меньших интенсивностей или частиц меньшего размера оптическое излучение не вносит существенных изменений в тепловое движение частиц. Используемое при оценке значение интенсивности достигается, к примеру, в перетяжке 200-мВт гауссова пучка диаметром 8 мкм. Более жесткая фокусировка позволяет сократить мощность, необходимую для стабильной локализации частиц.

Для оценки максимальной силы захвата примем диаметр пучка 2w0 = 8 мкм. При тех же условиях для градиентной силы по порядку величины имеем | VW | ~ Ж/т0 ~ 10-15 Н. С помощью формул (7) и (8) можно убедиться, что сила рассеяния для длины волны 1 мкм имеет тот же порядок. Масштаб оптических сил имеет смысл сравнить с величиной полной гравитационной силы, для которой имеет место следующее выражение:

Еgrav = (р - Ре)Уё, (10)

где ё — ускорение свободного падения, а разность плотностей (р; — ре) для полистирола и воды составляет порядка 0.1 г/см3. Гравитационная сила растет как куб диаметра и для 100-нм частиц равна 0.5 х10-18 Н, то есть намного меньше градиентной оптической силы. Существенную роль гравитационные силы играют для частиц большего масштаба, когда зависимость силы захвата от линейного размера перестает быть кубической.

Чтобы создать трехмерную оптическую ловушку, попадая в которую, частицы прекращают свое движение, непотенциальная сила рассеяния должна быть тем или иным образом скомпенсирована. В работе [1] эта задача была решена с использованием двух противоположно направленных гауссовых пучков, сфокусированных так, как это показано на Рисунке 2а. Градиентные силы удерживают частицу вблизи оптической оси. Положение устойчивого равновесия при этом формируется между перетяжками, где силы рассеяния, действующие со стороны противоположно направленных пучков, компенсируют друг друга.

(в)

scat

Рис. 2. Трехмерные оптические ловушки на основе объемных пучков. (а) Оптический захват в противоположно направленных пучках [1]. (б) Оптическая левитация в гравитационном поле [22]. (в) Оптическая ловушка на основе жестко сфокусированного лазерного пучка — оптический пинцет [3].

В 1971 году группой А. Эшкина была опубликована работа, посвященная оптической левитации диэлектрических микрочастиц в воздухе [22]. Схема поставленного в работе эксперимента показана на Рисунке 2б. Частицы, захваченные в такой ловушке, тоже находятся в состоянии устойчивого равновесия. При смещении частицы из ловушки в направлении, перпендикулярном оси лазерного пучка, на нее действует возвращающая градиентная сила, тогда как в направлении оси выполняется баланс между гравитационной силой и силой рассеяния, нарушающийся при смещении частицы.

Наибольшее же распространение получила схема, предложенная в 1986 году, в которой частицы захватываются в перетяжке жестко сфокусированного лазерного пучка [3], как это показано на Рисунке 2в. Сила рассеяния в такой схеме компенсируется градиентной силой, направленной к центру перетяжки. С целью обеспечения достаточного градиента интенсивности в направлении оптической оси авторы использовали для фокусировки излучения водно-иммерсионный объектив с числовой апертурой 1.25, полностью засвечивая его входное отверстие. Возможности предложенного метода были продемонстрированы на примере полимерных и стеклянных частиц в диапазоне размеров от 25 нм до 10 мкм.

Благодаря относительной простоте юстировки и управления положением ловушки описанный метод получил особенно широкое распространение. Впоследствии именно его стали подразумевать под методом оптического пинцета. В том же 1986 году в подобной схеме была создана оптическая ловушка для одиночных атомов [23], — одна из работ, удостоенных Нобелевской премии 1997 года [24]. Также оптический пинцет позволяет работать с биологическими объектами в их естественном окружении. Уже с 1987 года он применяется в задачах биофизики при изучении одиночных клеток, вирусов и бактерий [25-28]. Недавние эксперименты показали, что оптический пинцет может использоваться для управления живыми клетками in vivo [29]. Подробнее о методе оптического пинцета для управления микро- и наночастицами речь будет идти ниже.

В контексте методов оптического управления в объемных пучках имеет смысл упомянуть работы, посвященные ловушкам на основе интерференционных полей [30]. Поскольку градиент интенсивности в интерференционной картине может быть очень высок, осуществить трехмерных захват частиц оказывается возможным без

использования высокоапертурных объективов. Так, в работе [31] для создания трехмерной оптической ловушки авторы использовали объектив с числовой апертурой 0.6, вблизи фокальной плоскости которого располагалось диэлектрическое зеркало. В результате интерференции падающего пучка с отраженным от зеркала, в области образца формировалась интерференционная картина, где и захватывались частицы.

Поскольку электромагнитное излучение может обладать не только импульсом, но и моментом импульса, становится возможным оптическое управление вращательным движением частиц [32,33]. Для этого могут использоваться пучки с циркулярной поляризацией или ненулевым орбитальным моментом. В 2013 году с помощью пучка с циркулярной поляризацией исследователи раскрутили оптически захваченную в вакууме двулучепреломляющую частицу до скорости 5 млн оборотов в секунду, что является рекордным значением скорости искусственно вызванного вращения [34].

2. Нелинейные эффекты в суспензиях наночастиц

Оптические силы, используемые в методах управления одиночными микро- и нанообъектами, обуславливают огромную керровскую нелинейность концентрированных суспензий наночастиц [35]. Под действием градиентных оптических сил частицы суспензии перераспределяются таким образом, что концентрация их в областях с большей интенсивностью электромагнитного поля оказывается выше. Эффективный показатель преломления среды растет вместе с концентрацией частиц и, таким образом, зависит от интенсивности.

Первые работы, посвященные нелинейному отклику суспензий наночастиц, датируются началом 1980-х годов, когда в таких средах были продемонстрированы четырехволновое смешение [36], а также самофокусировка и филаментация лазерных пучков [37]. Было обнаружено, что, в отличие от классических экспериментов нелинейной оптики, для наблюдения эффектов на суспензиях наночастиц может использоваться непрерывное лазерное излучение мощностью порядка 100 мВт.

Для теоретического описания искусственной керровской нелинейности суспензий используют, как правило, простейшее приближение эффективной среды [35]:

Пей = ДП; + (1 — д) Пе, (11)

где д — доля объема суспензии, занятая частицами. В равновесном состоянии частицы распределены в пространстве по Больцману:

✓ Ж(х,у,г) \

д / ехр----— , (12)

то есть, в соответствии с выражениями (4) и (9), в случае линейно поляризованного света

( аЕ02 \ ( 2-ка! \ . ,

д = До ехр\4кВт) = До ехЧ ПСкВт). (13)

Здесь мы пренебрегли силами рассеяния, гравитационными силами и взаимодействием между частицами. Кроме того, до мы положим постоянной величиной, что,

Пей = П + Д (п - Пе) = Пе + До(П - Пе) + До(П - П) + 0(/2), (15)

вообще говоря, может не выполняться, если объем суспензии недостаточно велик. Раскладывая в ряд Маклорена, имеем:

2-ка! 2

Д = Д + ПСкТ + 0(12). (14)

После подстановки в выражение (11), получим:

2 ка1

пес квТ

или, вводя стандартные обозначения,

Пей = По + П21 + 0(12),

По = Пе + До(Щ - Пе), (16)

П2 = псвТДо(п - П-)-

В 2017 году была опубликована работа, посвященная самовоздействию непрерывного лазерного излучения в концентрированных суспензиях бактерий микронного масштаба [38]. При мощности пучка 3 Вт авторы наблюдали филаментацию лазерного излучения. При этом жизненный цикл бактерий в пучке не прерывался, о чем было можно судить по интенсивности их флуоресценции. Авторы полагают, что обнаруженный эффект может найти применения в медицинской диагностике и в разработке био-совместимых перестраиваемых оптических компонентов.

3. Метод оптического пинцета и фотонно-силовая микроскопия

Наиболее распространенный среди методов управления одиночными микро- и наночастицами — метод оптического пинцета — нашел применение в тысячах научных работ в самых разных областях исследований. Ниже описаны технические особенности этого метода в контексте некоторых его приложений.

На Рисунке 3 показана базовая схема установки оптического пинцета вместе с фотографией одной из ее коммерчески доступных реализаций [39]. В основе оптического пинцета лежит стандартная схема оптической микроскопии, что позволяет наблюдать за ходом эксперимента, а также, по необходимости, проводить измерения путем обработки изображений [40].

В большинстве приложений метод оптического пинцета используется для управления диэлектрическими микро- и нанообъектами, хотя также позволяет работать с металлическими [41] и полупроводниковыми наночастицами [42]. Захват может осуществляться как в жидкости, так и в воздушной среде [43] или в вакууме [44]. Если речь идет о работе в жидкости, образец, как правило, представляет собой два покровных стекла, между которыми находится небольшой объем исследуемой суспензии. Для обеспечения герметичности такой ячейки при проведении длительных измерений может использоваться двухсторонний канцелярский скотч.

Чаще других в оптическом пинцете используются лазерные источники ближнего инфракрасного диапазона, где вода и большинство биологических объектов обладают минимальным поглощением [19]. Такой выбор позволяет также эффек-

(а) 1

освещение

конденсор

□

образец

объектив

видеокамера

детектор лазер

дефлектор

телескоп

сопряженные плоскости

Рис. 3. Оптический пинцет. (а) Схема типичной установки. Лазерный пучок проходит через дефлектор, расширяющий телескоп, систему линз для управления положением перетяжки, и фокусируется объективом в области образца. Прошедшее излучение собирается конденсором и направляется на детектор для регистрации движения частицы внутри ловушки. (б) Установка оптического пинцета на основе лазера с волоконным выходом в одной из коммерчески доступных реализаций [39].

тивно разделять излучение, используемое для оптического захвата и для визуализации частиц, с помощью дихроичных светоделителей. Для обеспечения жесткой фокусировки пучка используются иммерсионные объективы с высокой числовой апертурой. Чтобы использовать ее наиболее эффективно, лазерный пучок предварительно расширяется с помощью телескопа, в простейшем случае состоящего из двух софокусно расположенных линз с разными фокусными расстояниями.

Позиционирование захваченных частиц относительно образца может осуществляться путем управления положением перетяжки или перемещением образца относительно нее. Положением перетяжки можно управлять с помощью линз расширителя, или, как это показано на Рисунке 3а, с использованием дополнительной системы линз, одна из которых устанавливается на трехмерную координатную подачу [45]. Смещение ее в плоскости, перпендикулярной оси пучка, приводит к изменению угла, под которым излучение попадает в объектив, и смещению ловушки в плоскости образца. Аксиальное же положение линзы определяет расходимость пучка на входе в объектив и смещение перетяжки вдоль оптической оси. При этом, с целью минимизации вносимых потерь и аберраций, линзы устанавливаются на таком расстоянии, что на входной апертуре объектива строится изображение первой линзы. Таким образом, независимо от ее положения, обеспечивается постоянное попадание пучка по центру апертуры. Для автоматизированного управления перетяжкой управляющая линза может закрепляться на пьезоэлектрической подаче. Также ходом пучка можно управлять с помощью акусто-оптического дефлектора или пространственного модулятора света. Такие методы позволяют не только с высокой скоростью осуществлять позиционирование захваченных частиц, но и формировать сразу несколько ловушек с использованием одного лазерного пучка [19].

Будучи захваченными в оптическом пинцете, частицы не иммобилизуются вовсе, и их положение внутри ловушки остается чувствительным к внешним полям, что делает возможным ряд важных применений оптического пинцета. В частно-

сти, детектируя движение захваченной частицы в ловушке и вычисляя его Фурье-преобразование, исследователи получают возможность слушать на микромасштабе [46]. По амплитуде колебаний в переменном электрическом поле оказывается возможным определять заряд захваченной частицы с точностью до элементарного [47]. Измерение смещения захваченной частицы из центра перетяжки при сканировании ей вдоль поверхности позволяет исследовать топологию этой поверхности [48]. Наконец, по смещению из центра ловушки оказывается возможным определять силы взаимодействия между объектами на микромасштабе [49].

Измерение смещений частицы внутри ловушки обычно проводят путем наблюдения картины рассеяния на захваченной частице [45]. Для этого изображение обратной фокальной плоскости конденсора строится на позиционно-чувствительном детекторе, как это показано на Рисунке 3а. Даже небольшое смещение частицы из центра ловушки существенно меняет картину рассеяния и распределение интенсивности в обратной фокальной плоскости. В качестве детектора часто используют квадрантные фотодиоды, состоящие из четырех независимых секций, геометрически образующих квадранты одного круга. Разностные сигналы с соседних секций определяют при этом латеральное смещение частицы, а суммарный сигнал со всех секций фотодиода дает информацию о положении частицы вдоль оптической оси.

По аналогии с атомно-силовой, метод изучения топологии поверхностей на основе оптического пинцета получил название фотонно-силовой микроскопии. Такая методика особенно выигрывает у атомно-силовой, когда речь идет о сканировании мягких биологических образцов. Несколько лет назад метод получил интересное развитие, когда вместо сферических частиц было предложено использовать специальные микрозонды, изготовленные методом двухфотонной фотополимеризации и управляемые с помощью массива оптических ловушек [50].

В последние годы понятие фотонно-силовой микроскопии стало применяться по отношению к более широкому классу экспериментов, в том числе и к измерениям сил, действующих на захваченные объекты. Если на частицу в оптическом пинцете действует внешняя сила, ее равновесное положение внутри ловушки смещается так, чтобы векторная сумма внешней силы и возвращающей силы ловушки стала равна нулю. По величине этого смещения можно определить действующую силу с точностью до единиц фемтоньютон [51].

Остановимся подробнее на калибровке количественных измерений сил в оптическом пинцете. Если смещения частицы не слишком велики, возвращающая сила Е в каждом из направлений пропорциональна величине смещения. Коэффициент пропорциональности К называют жесткостью ловушки. Жесткость, вообще говоря, зависит от направления:

Ех = -К х, Еу = -Ку у, Ег = -К г, (17)

где ось г принимают направленной вдоль вдоль оптической оси, а х и у — по поляризации лазерного пучка и перпендикулярно ей. Соответствующий потенциал представляет собой асимметричный эллиптический параболоид, ориентированный в соответствии с геометрией эксперимента. Смещения, в свою очередь, обычно пропорциональны измеряемым величинам и в системе детектирования:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шилкин Даниил Александрович, 2019 год

Список литературы

[1] Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure // Phys. Rev. Lett.. — 1970. - v. 24. - pp. 156-159.

[2] Ashkin A. The pressure of laser light // Sci. Am. — 1972. — v. 226. — pp. 62-71.

[3] Ashkin A., Dziedzic J. M., Bjorkholm J. E., Chu S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. — 1986. — v. 11. — pp. 288-290.

[4] Ashkin A. History of optical trapping and manipulation of small-neutral particle, atoms, and molecules // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. — 2000. — v. 6. — pp. 841-856.

[5] Cran-McGreehin S., Krauss T. F., Dholakia K. Integrated monolithic optical manipulation // Lab Chip. — 2006. — v. 6. — pp. 1122-1124.

[6] Erickson D., Serey X., Chen Y.-F., Mandal S. Nanomanipulation using near field photonics // Lab Chip. — 2011. — v. 11. — pp. 995-1009.

[7] Lin S., Crozier K. B. Trapping-assisted sensing of particles and proteins using on-chip optical microcavities // ACS Nano. — 2013. — v. 7. — pp. 1725-1730.

[8] Juan M. L., Righini M., Quidant R. Plasmon nano-optical tweezers // Nat. Photonics. — 2011. — v. 5. — pp. 349-356.

[9] Yeh P., Yariv A., Cho A. Y. Optical surface waves in periodic layered media // Appl. Phys. Lett. — 1978. — v. 32. — pp. 104-105.

[10] Robertson W. M., May M. S. Surface electromagnetic wave excitation on one-dimensional photonic band-gap arrays // Appl. Phys. Lett. — 1999. — v. 74. — pp. 1800-1802.

[11] Ashkin A., Dziedzic J. M. Observation of resonances in the radiation pressure on dielectric spheres // Phys. Rev. Lett. — 1977. — v. 38. — pp. 1351-1354.

[12] Liu H., Panmai M., Peng Y., Lan S. Optical pulling and pushing forces exerted on silicon nanospheres with strong coherent interaction between electric and magnetic resonances // Opt. Express. — 2017. — v. 25. — pp. 12357-12371.

[13] Li Y., Svitelskiy O. V., Maslov A. V., Carnegie D., Rafailov E., Astratov V. N. Giant resonant light forces in microspherical photonics // Light Sci. Appl. — 2013. — v. 2. — p. e64.

[14] Maslov A. V., Astratov V. N. Microspherical photonics: Sorting resonant photonic atoms by using light // Appl. Phys. Lett. — 2014. — v. 105. — p. 121113.

[15] Castelletto S., Boretti A. Radiative and nonradiative decay rates in chromium-related centers in nanodiamonds // Opt. Lett. — 2011. — v. 36. — pp. 4224-4226.

[16] Inam F. A., Steel M. J., Castelletto S. Effects of the hosting nano-environment modifications on NV centres fluorescence emission // Diam. Relat. Mater. — 2014. — v. 45. — pp. 64-69.

[17] Lebedew P. Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes // Ann. Phys.— 1901. — v. 311. — pp. 433-458.

[18] Novotny L., Hecht B. Principles of nano-optics. — Cambridge university press, 2012.

[19] Jones P. H., Marago O. M., Volpe G. Optical tweezers: Principles and applications. — Cambridge University Press, 2015.

[20] Tlusty T., Meller A., Bar-Ziv R. Optical gradient forces of strongly localized fields // Phys. Rev. Lett. — 1998. — v. 81. — pp. 1738-1741.

[21] Bohren C. F., Huffman D. R. Absorption and scattering of light by small particles. — John Wiley & Sons, 2008.

[22] Ashkin A., Dziedzic J. M. Optical levitation by radiation pressure // Appl. Phys. Lett. — 1971. — v. 19. — pp. 283-285.

[23] Chu S., Bjorkholm J. E., Ashkin A., Cable A. Experimental observation of optically trapped atoms // Phys. Rev. Lett. — 1986. — v. 57. — pp. 314-317.

[24] Chu S. Nobel lecture: The manipulation of neutral particles // Rev. Mod. Phys. — 1998. — v. 70. — p. 685.

[25] Ashkin A., Dziedzic J. M. Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria // Science. — 1987. — v. 235. — pp. 1517-1520.

[26] Ashkin A., Dziedzic J. M., Yamane T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams // Nature. — 1987. — v. 330. — pp. 769-771.

[27] Korobtsov A., Kotova S., Losevsky N., Mayorova A., Patlan V., Timchenko E., Lysov N., Zarubina E. Optical tweezers technique for the study of red blood cells deformation ability // Laser Phys. — 2012. — v. 22. — pp. 1265-1270.

[28] Lyubin E. V., Khokhlova M. D., Skryabina M. N., Fedyanin A. A. Cellular vis-coelasticity probed by active rheology in optical tweezers // J. Biomed. Opt. — 2012. — v. 17. — p. 101510.

[29] Zhong M.-C., Wei X.-B., Zhou J.-H., Wang Z.-Q., Li Y.-M. Trapping red blood cells in living animals using optical tweezers // Nat. Commun. — 2013. — v. 4. — p. 1768.

[30] Chiou A. E., Wang W., Sonek G. J., Hong J., Bems M. W. Interferometric optical tweezers // Opt. Commun. — 1997. — v. 133. — pp. 7-10.

[31] Zemanek P., Jonas A., Sramek L., Liska M. Optical trapping of nanoparticles and microparticles by a Gaussian standing wave // Opt. Lett. — 1999. — v. 24. — pp. 1448-1450.

[32] Abramochkin E. G., Kotova S. P., Korobtsov A. V., Losevsky N. N., Mayoro-va A. M., Rakhmatulin M. A., Volostnikov V. G. Microobject manipulations using laser beams with nonzero orbital angular momentum // Laser Phys. — 2006. — v. 16. — pp. 842-848.

[33] Padgett M., Bowman R. Tweezers with a twist // Nat. Photonics.— 2011. — v. 5. — pp. 343-348.

[34] Arita Y., Mazilu M., Dholakia K. Laser-induced rotation and cooling of a trapped microgyroscope in vacuum // Nat. Commun. — 2013. — v. 4. — p. 2374.

[35] Smith P. W., Maloney P. J., Ashkin A. Use of a liquid suspension of dielectric spheres as an artificial Kerr medium // Opt. Lett. — 1982. — v. 7. — pp. 347-349.

[36] Smith P. W., Ashkin A., Tomlinson W. J. Four-wave mixing in an artificial Kerr medium // Opt. Lett. — 1981. — v. 6. — pp. 284-286.

[37] Ashkin A., Dziedzic J. M., Smith P. W. Continuous-wave self-focusing and self-trapping of light in artificial Kerr media // Opt. Lett. — 1982. — v. 7. — pp. 276278.

[38] Bezryadina A., Hansson T., Gautam R., Wetzel B., Siggins G., Kalmbach A., Lamstein J., Gallardo D., Carpenter E. J., Ichimura A., Morandotti R., Chen Z. Nonlinear self-action of light through biological suspensions // Phys. Rev. Lett. — 2017. — v. 119. — p. 058101.

[39] Modular optical tweezers// ThorLabs, Inc. URL: http://www.thorlabs.de.

[40] Gibson G. M., Leach J., Keen S., Wright A. J., Padgett M. J. Measuring the accuracy of particle position and force in optical tweezers using high-speed video microscopy // Opt. Express. — 2008. — v. 16. — pp. 14561-14570.

[41] Svoboda K., Block S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles // Opt. Lett. — 1994. — v. 19. — pp. 930-932.

[42] Andres-Arroyo A., Gupta B., Wang F., Gooding J. J., Reece P. J. Optical manipulation and spectroscopy of silicon nanoparticles exhibiting dielectric resonances // Nano Lett. — 2016. — v. 16. — pp. 1903-1910.

[43] Jauffred L., Taheri S. M.-R., Schmitt R., Linke H., Oddershede L. B. Optical trapping of gold nanoparticles in air // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 47134719.

[44] Li T., Kheifets S., Medellin D., Raizen M. G. Measurement of the instantaneous velocity of a Brownian particle // Science. — 2010. — v. 328. — pp. 1673-1675.

[45] Neuman K. C., Block S. M. Optical trapping // Rev. Sci. Instrum. — 2004. — v. 75. — pp. 2787-2809.

[46] Ohlinger A., Deak A., Lutich A. A., Feldmann J. Optically trapped gold nanopar-ticle enables listening at the microscale // Phys. Rev. Lett. — 2012. — v. 108. — p. 018101.

[47] Beunis F., Strubbe F., Neyts K., Petrov D. Beyond Millikan: The dynamics of charging events on individual colloidal particles // Phys. Rev. Lett. — 2012. — v. 108.— p. 016101.

[48] Florin E.-L., Pralle A., Horber J. K. H., Stelzer E. H. K. Photonic force microscope based on optical tweezers and two-photon excitation for biological applications // J. Struct. Biol. — 1997. — v. 119. — pp. 202-211.

[49] Simmons R. M., Jeffrey T. F., Chu S., Spudich J. A. Quantitative measurements of force and displacement using an optical trap // Biophys. J. — 1996. — v. 70. — pp. 1813-1822.

[50] Phillips D. B., Gibson G. M., Bowman R., Padgett M. J., Hanna S., Carber-ry D. M., Miles M. J., Simpson S. H. An optically actuated surface scanning probe // Opt. Express. — 2012. — v. 20. — pp. 29679-29693.

[51] Zensen C., Villadsen N., Winterer F., Keiding S. R., Lohmuller T. Pushing nanoparticles with light — A femtonewton resolved measurement of optical scattering forces // APL Photonics. — 2016. — v. 1. — p. 026102.

[52] Berg-S0rensen K., Flyvbjerg H. Power spectrum analysis for optical tweezers // Rev. Sci. Instrum. — 2004. — v. 75. — pp. 594-612.

[53] Биленко И. А., Воронцов Ю. И., Вятчанин С. П. Введение в радиофизику. — Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, 2016.

[54] Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 3: Теория неравновесных систем. — Едиториал УРСС, 2003.

[55] Wang M. D., Yin H., Landick R., Gelles J., Block S. M. Stretching DNA with optical tweezers // Biophys. J. — 1997. — v. 72. — pp. 1335-1346.

[56] Prikulis J., Svedberg F., Kall M., Enger J., Ramser K., Goksor M., Hanstorp D. Optical spectroscopy of single trapped metal nanoparticles in solution // Nano Lett. — 2004. — v. 4. — pp. 115-118.

[57] Kawata S., Sugiura T. Movement of micrometer-sized particles in the evanescent field of a laser beam // Opt. Lett. — 1992. — v. 17. — pp. 772-774.

[58] Gu M., Haumonte J. B., Micheau Y., Chon J. W. M., Gan X. Laser trapping and manipulation under focused evanescent wave illumination // Appl. Phys. Lett. — 2004. — v. 84. — pp. 4236-4238.

[59] Wada K.-i., Sasaki K., Masuhara H. Optical measurement of interaction potentials between a single microparticle and an evanescent field // Appl. Phys. Lett. — 2000. — v. 76. — pp. 2815-2817.

[60] Mellor C. D., Bain C. D. Array formation in evanescent waves // ChemPhysChem. — 2006. — v. 7. — pp. 329-332.

[61] Либенсон М. Н. Поверхностные электромагнитные волны оптического диапазона // Соросовский Образовательный Журнал. — 1996. — с. 92-98.

[62] Raether H. Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings. — 1988.

[63] Volpe G., Quidant R., Badenes G., Petrov D. Surface plasmon radiation forces // Phys. Rev. Lett. — 2006. — v. 96. — p. 238101.

[64] Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. — Москва: Мир, 1987.

[65] Villa F., Regalado L. E., Ramos-Mendieta F., Gaspar-Armenta J., Lopez-Rios T. Photonic crystal sensor based on surface waves for thin-film characterization // Opt. Lett. — 2002. — v. 27. — pp. 646-648.

[66] Descrovi E., Frascella F., Sciacca B., Geobaldo F., Dominici L., Michelotti F. Coupling of surface waves in highly defined one-dimensional porous silicon photonic crystals for gas sensing applications // Appl. Phys. Lett. — 2007. — v. 91. — p. 241109.

[67] Sfez T., Descrovi E., Yu L., Quaglio M., Dominici L., Nakagawa W., Michelotti F., Giorgis F., Herzig H. P. Two-dimensional optics on silicon nitride multilayer: Refraction of Bloch surface waves // Appl. Phys. Lett. — 2010. — v. 96. — p. 151101.

[68] Yu L., Barakat E., Sfez T., Hvozdara L., Di Francesco J., Herzig H. P. Manipulating Bloch surface waves in 2D: a platform concept-based flat lens // Light Sci. Appl. — 2014. — v. 3. — p. e124.

[69] Wang K., Schonbrun E., Crozier K. B. Propulsion of gold nanoparticles with surface plasmon polaritons: Evidence of enhanced optical force from near-field coupling between gold particle and gold film // Nano Lett. — 2009. — v. 9. — pp. 2623-2629.

[70] Min C., Shen Z., Shen J., Zhang Y., Fang H., Yuan G., Du L., Zhu S., Lei T., Yuan X. Focused plasmonic trapping of metallic particles // Nat. Commun. — 2013. — v. 4. — p. 2891.

[71] Righini M., Zelenina A. S., Girard C., Quidant R. Parallel and selective trapping in a patterned plasmonic landscape // Nat. Phys. — 2007. — v. 3. — pp. 477-480.

[72] Huang L., Maerkl S. J., Martin O. J. F. Integration of plasmonic trapping in a microfluidic environment // Opt. Express. — 2009. — v. 17. — pp. 6018-6024.

[73] Wang K., Schonbrun E., Steinvurzel P., Crozier K. B. Scannable plasmonic trapping using a gold stripe // Nano Lett. — 2010. — v. 10. — pp. 3506-3511.

[74] Petrov M. I., Sukhov S. V., Bogdanov A. A., Shalin A. S., Dogariu A. Surface plasmon polariton assisted optical pulling force // Laser Photonics Rev. — 2016. — v. 10. — pp. 116-122.

[75] Reece P. J., Garces-Chavez V., Dholakia K. Near-field optical micromanipulation with cavity enhanced evanescent waves // Appl. Phys. Lett. — 2006. — v. 88. — p. 221116.

[76] Lyubin E. V., Shilkin D. A., Soboleva I. V., Fedyanin A. A. Photonic-force microscopy of surface modes in one-dimensional photonic crystals // OSA Tech. Dig. — 2013. — p. FTh1D.3.

[77] Любин Е. В. Фотонно-силовая микроскопия магнитных частиц, клеток крови и волноводных мод фотонных кристаллов: кандидатская диссертация // Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова. — 2014.

[78] Kawata S., Tani T. Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channeled waveguide // Opt. Lett. — 1996. — v. 21. — pp. 1768-1770.

[79] Ng L. N., Zervas M. N., Wilkinson J. S., Luff B. J. Manipulation of colloidal gold nanoparticles in the evanescent field of a channel waveguide // Appl. Phys. Lett. — 2000. — v. 76. — pp. 1993-1995.

[80] Gaugiran S., Gétin S., Fedeli J., Colas G., Fuchs A., Chatelain F., Dérouard J. Optical manipulation of microparticles and cells on silicon nitride waveguides // Opt. Express. — 2005. — v. 13. — pp. 6956-6963.

[81] Schmidt B. S., Yang A. H. J., Erickson D., Lipson M. Optofluidic trapping and transport on solid core waveguides within a microfluidic device // Opt. Express. — 2007. — v. 15. — pp. 14322-14334.

[82] Yang A. H. J., Moore S. D., Schmidt B. S., Klug M., Lipson M., Erickson D. Optical manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides // Nature. — 2009. — v. 457. — pp. 71-75.

[83] Lin S., Schonbrun E., Crozier K. Optical manipulation with planar silicon microring resonators // Nano Lett. — 2010. — v. 10. — pp. 2408-2411.

[84] Scullion M. G., Arita Y., Krauss T. F., Dholakia K. Enhancement of optical forces using slow light in a photonic crystal waveguide // Optica. — 2015. — v. 2. — pp. 816-821.

[85] Grujic K., Helles0 O. G., Hole J. P., Wilkinson J. S. Sorting of polystyrene microspheres using a Y-branched optical waveguide // Opt. Express. — 2005. — v. 13. — pp. 1-7.

[86] Cai H., Poon A. W. Optical manipulation and transport of microparticles on silicon nitride microring-resonator-based add-drop devices // Opt. Lett. — 2010. — v. 35. — pp. 2855-2857.

[87] Lin S., Crozier K. B. Planar silicon microrings as wavelength-multiplexed optical traps for storing and sensing particles // Lab Chip. — 2011. — v. 11. — pp. 40474051.

[88] Brambilla G., Senthil Murugan G., Wilkinson J. S., Richardson D. J. Optical manipulation of microspheres along a subwavelength optical wire // Opt. Lett. — 2007. — v. 32. — pp. 3041-3043.

[89] Maimaiti A., Truong V. G., Sergides M., Gusachenko I., Nic Chormaic S. Higher order microfibre modes for dielectric particle trapping and propulsion // Sci. Rep. - 2015. - v. 5. - p. 9077.

[90] Benabid F., Knight J. C., Russell P. S. J. Particle levitation and guidance in hollow-core photonic crystal fiber // Opt. Express. - 2002.- v. 10.- pp. 11951203.

[91] Euser T. G., Garbos M. K., Chen J. S. Y., Russell P. S. J. Precise balancing of viscous and radiation forces on a particle in liquid-filled photonic-bandgap fiber // Opt. Lett. - 2009. - v. 34. - pp. 3672-3676.

[92] Shoji T., Tsuboi Y. Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: Tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping // J. Phys. Chem. Lett. - 2014. - v. 5. - pp. 2957-2967.

[93] Novotny L., Bian R. X., Xie X. S. Theory of nanometric optical tweezers // Phys. Rev. Lett. - 1997. - v. 79. - pp. 645-648.

[94] Okamoto K., Kawata S. Radiation force exerted on subwavelength particles near a nanoaperture // Phys. Rev. Lett. - 1999. - v. 83. - pp. 4534-4537.

[95] Kwak E. S., Onuta T. D., Amarie D., Potyrailo R., Stein B., Jacobson S. C., Schaich W. L., Dragnea B. Optical trapping with integrated near-field apertures // J. Phys. Chem. B. - 2004.- v. 108.- pp. 13607-13612.

[96] Grigorenko A. N., Roberts N. W., Dickinson M. R., Zhang Y. Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates // Nat. Photonics. - 2008. - v. 2. -pp. 365-370.

[97] Pang Y., Gordon R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film // Nano Lett. - 2011. - v. 11. - pp. 3763-3767.

[98] Berthelot J., Acimovic S. S., Juan M. L., Kreuzer M. P., Renger J., Quidant R. Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers // Nat. Nanotechnol. - 2014. - v. 9. - pp. 295-299.

[99] Righini M., Ghenuche P., Cherukulappurath S., Myroshnychenko V., De Garcia Abajo F. J., Quidant R. Nano-optical trapping of Rayleigh particles and Escherichia coli bacteria with resonant optical antennas // Nano Lett. - 2009. -v. 9. - pp. 3387-3391.

[100] Wang K., Schonbrun E., Steinvurzel P., Crozier K. B. Trapping and rotating nanoparticles using a plasmonic nano-tweezer with an integrated heat sink // Nat. Commun. - 2011. - v. 2. - p. 469.

[101] Juan M. L., Gordon R., Pang Y., Eftekhari F., Quidant R. Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles // Nat. Phys. - 2009. - v. 5. -pp. 915-919.

[102] Pang Y., Gordon R. Optical trapping of a single protein // Nano Lett. — 2012. — v. 12. — pp. 402-406.

[103] El Eter A., Hameed N. M., Baida F. I., Salut R., Filiatre C., Nedeljkovic D., Atie E., Bole S., Grosjean T. Fiber-integrated optical nano-tweezer based on a bowtie-aperture nano-antenna at the apex of a SNOM tip // Opt. Express. —

2014. — v. 22. — pp. 10072-10080.

[104] Gelfand R. M., Wheaton S., Gordon R. Cleaved fiber optic double nanohole optical tweezers for trapping nanoparticles // Opt. Lett. — 2014. — v. 39. — pp. 64156417.

[105] Coffey V. The tiniest traps: optical manipulation gets smaller // Opt. Photonics News. — 2013. — v. 24. — pp. 24-31.

[106] Rahmani A., Chaumet P. C. Optical trapping near a photonic crystal // Opt. Express. — 2006. — v. 14. — pp. 6353-6358.

[107] Mandal S., Serey X., Erickson D. Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators // Nano Lett. — 2010. — v. 10. — pp. 99-104.

[108] Descharmes N., Dharanipathy U. P., Diao Z., Tonin M., Houdre R. Observation of backaction and self-induced trapping in a planar hollow photonic crystal cavity // Phys. Rev. Lett. — 2013. — v. 110. — p. 123601.

[109] Schein P., Kang P., O'Dell D., Erickson D. Nanophotonic force microscopy: Characterizing particle-surface interactions using near-field photonics // Nano Lett. —

2015. — v. 15. — pp. 1414-1420.

[110] Pin C., Cluzel B., Renaut C., Picard E., Peyrade D., Hadji E., de Fornel F. Optofluidic near-field optical microscopy: Near-field mapping of a silicon nanocav-ity using trapped microbeads // ACS Photonics. — 2015. — v. 2. — pp. 1410-1415.

[111] Chen Y.-F., Serey X., Sarkar R., Chen P., Erickson D. Controlled photonic manipulation of proteins and other nanomaterials // Nano Lett. — 2012. — v. 12. — pp. 1633-1637.

[112] Jonas A., Zemanek P. Light at work: The use of optical forces for particle manipulation, sorting, and analysis // Electrophoresis. — 2008. — v. 29. — pp. 4813-4851.

[113] Herzenberg L. A., Sweet R. G., Herzenberg L. A. Fluorescence-activated cell sorting // Sci. Am. — 1976. — v. 234. — pp. 108-118.

[114] Basu S., Campbell H. M., Dittel B. N., Ray A. Purification of specific cell population by fluorescence activated cell sorting (FACS) // J. Vis. Exp. — 2010. — p. e1546.

[115] Buican T. N., Smyth M. J., Crissman H. A., Salzman G. C., Stewart C. C., Martin J. C. Automated single-cell manipulation and sorting by light trapping // Appl. Opt. — 1987. — v. 26. — pp. 5311-5316.

[116] Godin J., Chen C.-H, Cho S. H., Qiao W., Tsai F., Lo Y.-H . Microfluidics and photonics for bio-system-on-a-chip: A review of advancements in technology towards a microfluidic flow cytometry chip // J. Biophotonics. — 2008. — v. 1. — pp. 355-376.

[117] Bhagat A. A. S, Bow H, Hou H. W., Tan S. J., Han J., Lim C. T. Microfluidics for cell separation // Med. Biol. Eng. Comput. — 2010. — v. 48. — pp. 999-1014.

[118] Wang M. M., Tu E., Raymond D. E., Yang J. M., Zhang H., Hagen N., Dees B., Mercer E. M., Forster A. H., Kariv I., Marchand P. J., Butler W. F. Microfluidic sorting of mammalian cells by optical force switching // Nat. Biotechnol. — 2005. — v. 23. — pp. 83-87.

[119] Applegate Jr. R. W., Squier J., Vestad T., Oakey J., Marr D. W. M., Bado P., Dugan M. A., Said A. A. Microfluidic sorting system based on optical waveguide integration and diode laser bar trapping // Lab Chip. — 2006. — v. 6. — pp. 422426.

[120] Chapin S. C., Germain V., Dufresne E. R. Automated trapping, assembly, and sorting with holographic optical tweezers // Opt. Express.— 2006.— v. 14.— pp. 13095-13100.

[121] Applegate Jr. R. W., Squier J., Vestad T., Oakey J., Marr D. W. M. Optical trapping, manipulation, and sorting of cells and colloids in microfluidic systems with diode laser bars // Opt. Express. — 2004. — v. 12. — pp. 4390-4398.

[122] Rodrigo P. J., Eriksen R. L., Daria V. R., Glückstad J. Interactive light-driven and parallel manipulation of inhomogeneous particles // Opt. Express. — 2002. — v. 10. — pp. 1550-1556.

[123] Imasaka T., Kawabata Y., Kaneta T., Ishidzu Y. Optical chromatography // Anal. Chem. — 1995. — v. 67. — pp. 1763-1765.

[124] Kim S. B., Kim J. H., Kim S. S. Theoretical development of in situ optical particle separator: cross-type optical chromatography // Appl. Opt. — 2006. — v. 45. — pp. 6919-6924.

[125] Marchington R. F., Mazilu M., Kuriakose S., Garces-Chavez V., Reece P. J., Krauss T. F., Gu M., Dholakia K. Optical deflection and sorting of microparticles in a near-field optical geometry // Opt. Express. — 2008. — v. 16. — pp. 3712-3726.

[126] Milne G., Rhodes D., MacDonald M., Dholakia K. Fractionation of polydisperse colloid with acousto-optically generated potential energy landscapes // Opt. Lett. — 2007. — v. 32. — pp. 1144-1146.

[127] Hart S. J., Terray A. V. Refractive-index-driven separation of colloidal polymer particles using optical chromatography // Appl. Phys. Lett. — 2003. — v. 83. — pp. 5316-5318.

[128] Hatano T., Kaneta T., Imasaka T. Application of optical chromatography to immunoassay // Anal. Chem. — 1997. — v. 69. — pp. 2711-2715.

[129] Zemanek P., Jonas A., Liska M. Simplified description of optical forces acting on a nanoparticle in the Gaussian standing wave // J. Opt. Soc. Am. A. — 2002. — v. 19. — pp. 1025-1034.

[130] MacDonald M. P., Spalding G. C., Dholakia K. Microfluidic sorting in an optical lattice // Nature. — 2003. — v. 426. — pp. 421-424.

[131] Cizmar T., SilerM., Sery M., Zemanek P., Garcés-Chavez V., Dholakia K. Optical sorting and detection of submicrometer objects in a motional standing wave // Phys. Rev. B. — 2006. — v. 74. — p. 035105.

[132] Brzobohaty O., Karasek V., Siler M., Chvatal L., (Cizmar T., Zemanek P. Experimental demonstration of optical transport, sorting and self-arrangement using a 'tractor beam' // Nat. Photonics.— 2013. — v. 7.— pp. 123-127.

[133] Ricardez-Vargas I., Rodriguez-Montero P., Ramos-Garcia R., Volke-Sepulveda K. Modulated optical sieve for sorting of polydisperse microparticles // Appl. Phys. Lett. — 2006. — v. 88. — p. 121116.

[134] Jakl P., Cizmar T., Sery M., Zemanek P. Static optical sorting in a laser interference field // Appl. Phys. Lett. — 2008. — v. 92. — p. 161110.

[135] Olson J., Dominguez-Medina S., Hoggard A., Wang L.-Y., Chang W.-S., Link S. Optical characterization of single plasmonic nanoparticles // Chem. Soc. Rev. — 2015. — v. 44. — pp. 40-57.

[136] Zelenina A. S., Quidant R., Badenes G., Nieto-Vesperinas M. Tunable optical sorting and manipulation of nanoparticles via plasmon excitation // Opt. Lett. — 2006. — v. 31. — pp. 2054-2056.

[137] Ploschner M., Mazilu M., Cizmar T., Dholakia K. Numerical investigation of passive optical sorting of plasmon nanoparticles // Opt. Express. — 2011. — v. 19. — pp. 13922-13933.

[138] Ploschner M., Cizmar T., Mazilu M., Di Falco A., Dholakia K. Bidirectional optical sorting of gold nanoparticles // Nano Lett. — 2012. — v. 12. — pp. 19231927.

[139] Wu W., Zhu X., Zuo Y., Liang L., Zhang S., Zhang X., Yang Y. Precise sorting of gold nanoparticles in a flowing system // ACS Photonics. — 2016.— v. 3. — pp. 2497-2504.

[140] Cuche A., Canaguier-Durand A., Devaux E., Hutchison J. A., Genet C., Ebbesen T. W. Sorting nanoparticles with intertwined plasmonic and thermo-hydro dynamical forces / / Nano Lett. — 2013. — v. 13. — pp. 4230-4235.

[141] Li Z., Zhang S., Tong L., Wang P., Dong B., Xu H. Ultrasensitive size-selection of plasmonic nanoparticles by Fano interference optical force // ACS Nano.— 2014. — v. 8. — pp. 701-708.

[142] Chen H., Liu S., Zi J., Lin Z. Fano resonance induced negative optical scattering force on plasmonic nanoparticles // ACS Nano. - 2015. - v. 9. - pp. 1926-1935.

[143] Zharov Jr. A. A., Zharov A. A., Shadrivov I. V., Zharova N. A. Grading plasmonic nanoparticles with light // Phys. Rev. A. - 2016. - v. 93. - p. 013814.

[144] Collot L., Lefevre-Seguin V., Brune M., Raimond J. M., Haroche S. Very high-Q whispering-gallery mode resonances observed on fused silica microspheres // Eu-rophys. Lett. - 1993. - v. 23. - pp. 327-334.

[145] Evlyukhin A. B., Reinhardt C., Seidel A., Luk'yanchuk B. S., Chichkov B. N. Optical response features of Si-nanoparticle arrays // Phys. Rev. B. - 2010. -v. 82. - p. 045404.

[146] Mie G. Beitrage zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen // Ann. Phys. - 1908. - v. 330. - pp. 377-445.

[147] Evlyukhin A. B., Novikov S. M., Zywietz U., Eriksen R. L., Reinhardt C., Bozhevolnyi S. I., Chichkov B. N. Demonstration of magnetic dipole resonances of dielectric nanospheres in the visible region // Nano Lett. - 2012. - v. 12. -pp. 3749-3755.

[148] Kuznetsov A. I., Miroshnichenko A. E., Fu Y. H., Zhang J., Luk'yanchuk B. Magnetic light // Sci. Rep. - 2012. - v. 2. - p. 492.

[149] Jahani S., Jacob Z. All-dielectric metamaterials // Nat. Nanotechnol. - 2016. -v. 11. - pp. 23-36.

[150] Zywietz U., Evlyukhin A. B., Reinhardt C., Chichkov B. N. Laser printing of silicon nanoparticles with resonant optical electric and magnetic responses // Nat. Commun. - 2014. - v. 5. - p. 3402.

[151] Kuznetsov A. I., Miroshnichenko A. E., Brongersma M. L., Kivshar Y. S., Luk'yanchuk B. Optically resonant dielectric nanostructures // Science. - 2016. -v. 354.

[152] Staude I., Miroshnichenko A. E., Decker M., Fofang N. T., Liu S., Gonzales E., Dominguez J., Luk T. S., NeshevD. N., Brener I., Kivshar Y. Tailoring directional scattering through magnetic and electric resonances in subwavelength silicon nanodisks // ACS Nano. - 2013. - v. 7. - pp. 7824-7832.

[153] Cao L., Fan P., Barnard E. S., Brown A. M., Brongersma M. L. Tuning the color of silicon nanostructures // Nano Lett. - 2010. - v. 10. - pp. 2649-2654.

[154] Yan J., Liu P., Lin Z., Wang H., Chen H., Wang C., Yang G. Directional Fano resonance in a silicon nanosphere dimer // ACS Nano. - 2015. - v. 9. - pp. 29682980.

[155] Decker M., Staude I., Falkner M., Dominguez J., Neshev D. N., Brener I., Pertsch T., Kivshar Y. S. High-efficiency dielectric Huygens' surfaces // Adv. Opt. Mater. - 2015. - v. 3. - pp. 813-820.

[156] Yu Y. F., Zhu A. Y., Paniagua-Dominguez R., Fu Y. H., Luk'yanchuk B., Kuznetsov A. I. High-transmission dielectric metasurface with 2-к phase control at visible wavelengths // Laser Photonics Rev. — 2015. — v. 9. — pp. 412-418.

[157] Shalaev M. I., Sun J., Tsukernik A., Pandey A., Nikolskiy K., Litchinitser N. M. High-efficiency all-dielectric metasurfaces for ultracompact beam manipulation in transmission mode // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 6261-6266.

[158] Chong K. E., Staude I., James A., Dominguez J., Liu S., Campione S., Sub-ramania G. S., Luk T. S., Decker M., Neshev D. N., Brener I., Kivshar Y. S. Polarization-independent silicon metadevices for efficient optical wavefront control // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 5369-5374.

[159] Chong K. E., Wang L., Staude I., James A. R., Dominguez J., Liu S., Sub-ramania G. S., Decker M., Neshev D. N., Brener I., Kivshar Y. S. Efficient polarization-insensitive complex wavefront control using Huygens' metasurfaces based on dielectric resonant meta-atoms // ACS Photonics. — 2016.— v. 3. — pp. 514-519.

[160] Shcherbakov M. R., Neshev D. N., Hopkins B., Shorokhov A. S., Staude I., Me-lik-Gaykazyan E. V., Decker M., Ezhov A. A., Miroshnichenko A. E., Brener I., Fedyanin A. A., Kivshar Y. S. Enhanced third-harmonic generation in silicon nanoparticles driven by magnetic response // Nano Lett. — 2014. — v. 14. — pp. 6488-6492.

[161] Yang Y., Wang W., Boulesbaa A., Kravchenko I. I., Briggs D. P., Puretzky A., Geohegan D., Valentine J. Nonlinear Fano-resonant dielectric metasurfaces // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 7388-7393.

[162] Shcherbakov M. R., Vabishchevich P. P., Shorokhov A. S., Chong K. E., Choi D. Y., Staude I., Miroshnichenko A. E., Neshev D. N., Fedyanin A. A., Kivshar Y. S. Ultrafast all-optical switching with magnetic resonances in nonlinear dielectric nanostructures // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 6985-6990.

[163] Makarov S., Kudryashov S., Mukhin I., Mozharov A., Milichko V., Krasnok A., Belov P. Tuning of magnetic optical response in a dielectric nanoparticle by ul-trafast photoexcitation of dense electron-hole plasma // Nano Lett. — 2015. — v. 15. — pp. 6187-6192.

[164] Caldarola M., Albella P., Cortés E., Rahmani M., Roschuk T., Grinblat G., Oul-ton R. F., Bragas A. V., Maier S. A. Non-plasmonic nanoantennas for surface enhanced spectroscopies with ultra-low heat conversion // Nat. Commun. — 2015. — v. 6. — p. 7915.

[165] Yavas O., Svedendahl M., Dobosz P., Sanz V., Quidant R. On-a-chip biosensing based on all-dielectric nanoresonators // Nano Lett. — 2017. — v. 17. — pp. 44214426.

[166] Regmi R., Berthelot J., Winkler P. M., Mivelle M., Proust J., Bedu F., Ozerov I., Begou T., Lumeau J., Rigneault H., Garcia-Paraja M. F., Bidault S., Wenger J.,

Bonod N. All-dielectric silicon nanogap antennas to enhance the fluorescence of single molecules // Nano Lett. — 2016. — v. 16. — pp. 5143-5151.

[167] Vahala K. J. Optical microcavities // Nature. — 2003. — v. 424. — pp. 839-846.

[168] Zambrana-Puyalto X., Bonod N. Purcell factor of spherical Mie resonators // Phys. Rev. B. — 2015. — v. 91. — p. 195422.

[169] Krasnok A. E., Maloshtan A., Chigrin D. N., Kivshar Y. S., Belov P. A. Enhanced emission extraction and selective excitation of NV centers with all-dielectric nanoantennas // Laser Photonics Rev. — 2015. — v. 9. — pp. 385-391.

[170] Krasnok A., Glybovski S., Petrov M., Makarov S., Savelev R., Belov P., Simovs-ki C., Kivshar Y. Demonstration of the enhanced Purcell factor in all-dielectric structures // Appl. Phys. Lett. — 2016. — v. 108. — p. 211105.

[171] Rutckaia V., Heyroth F., Novikov A., Shaleev M., Petrov M., Schilling J. Quantum dot emission driven by Mie resonances in silicon nanostructures // Nano Lett. — 2017. — v. 17. — pp. 6886-6892.

[172] Greffet J.-J., Hugonin J.-P., Besbes M., Lai N. D., Treussart F., Roch J.-F. Diamond particles as nanoantennas for nitrogen-vacancy color centers // arXiv. — 2011.

[173] Hong H.-G., Lee S.-B., Heo M.-S, Park S. E, Kwon T. Y. Mie resonance-enhanced pumping and detection efficiency for shallow nitrogen-vacancy centers in diamond // Opt. Express. — 2016. — v. 24.— pp. 28815-28828.

[174] Zalogina A. S., Savelev R. S., Ushakova E. V., Zograf G. P., Komissarenko F. E., Milichko V. A., Makarov S. V., Zuev D. A., Shadrivov I. V. Purcell effect in active diamond nanoantennas // Nanoscale. — 2018. — v. 10. — pp. 8721-8727.

[175] Li Y., Maslov A. V., Limberopoulos N. I., Urbas A. M., Astratov V. N. Spectrally resolved resonant propulsion of dielectric microspheres // Laser Photonics Rev. — 2015. — v. 9. — pp. 263-273.

[176] Gómez-Medina R., Garcia-Cámara B., Suárez-Lacalle I., González F., Moreno F., Nieto-Vesperinas M., Saenz J. J. Electric and magnetic dipolar response of germanium nanospheres: interference effects, scattering anisotropy, and optical forces // J. Nanophotonics. — 2011. — v. 5. — p. 053512.

[177] Shi L., Meseguer F. Magnetic interaction in all silicon waveguide spherical coupler device // Opt. Express. — 2012. — v. 20. — pp. 22616-22626.

[178] Yano T. A., Tsuchimoto Y., Zaccaria R. P., Toma A., Portela A., Hara M. Enhanced optical magnetism for reversed optical binding forces between silicon nanoparticles in the visible region // Opt. Express. — 2017. — v. 25. — pp. 431-439.

[179] Maslov A. V. Levitation and propulsion of a Mie-resonance particle by a surface plasmon // Opt. Lett. — 2017. — v. 42. — pp. 3327-3330.

[180] Zaza C., Violi I. L., Gargiulo J., Chiarelli G., Schumacher L., Jakobi J., Olmos-Trigo J., Cortes E., Konig M., Barcikowski S. et al. Size-selective optical printing of silicon nanoparticles through their dipolar magnetic resonance // ACS Photonics. - 2019. - v. 6. - pp. 815-822.

[181] Shilkin D. A., Lyubin E. V., Soboleva I. V., Fedyanin A. A. Photonic force microscopy of surface electromagnetic waves in a one-dimensional photonic crystal // Proc. SPIE. - 2015 . - v . 9548 . - p . 954810 .

[182] Shilkin D. A., Lyubin E. V., Soboleva I. V., Fedyanin A. A. Direct measurements of forces induced by Bloch surface waves in a one-dimensional photonic crystal // Opt. Lett. - 2015. - v. 40. - pp. 4883-4886.

[183] Shilkin D. A., Lyubin E. V., Soboleva I. V., Fedyanin A. A. Near-field probing of Bloch surface waves in a dielectric multilayer using photonic force microscopy // J. Opt. Soc. Am. B.- 2016.- v. 33.- pp. 1120-1127.

[184] Shilkin D. A., Lyubin E. V., Fedyanin A. A. Nonlinear self-action of Bloch surface waves governed by gradient optical forces // Proc. SPIE. - 2018. - v. 10712. -p. 1071212.

[185] Bethune D. S. Optical harmonic generation and mixing in multilayer media: analysis using optical transfer matrix techniques // J. Opt. Soc. Am. B. - 1989. -v. 6. - pp. 910-916.

[186] Шилкин Д. А., Любин Е. В., Соболева И. В., Федянин А. А. Управление положением ловушки вблизи отражающих поверхностей в оптическом пинцете // Письма в ЖЭТФ. - 2013. - т. 98. - с. 720-724.

[187] Jonas A., Zemanek P., Florin E.-L. Single-beam trapping in front of reflective surfaces // Opt. Lett. - 2001. - v. 26. - pp. 1466-1468.

[188] Jakl P., Sery M., JeZek J., Jonas A., Liska M., Zemanek P. Behaviour of an optically trapped probe approaching a dielectric interface // J. Mod. Opt. - 2003. -v. 50. - pp. 1615-1625.

[189] Fujiwara H., Takasaki H., Hotta J.-I., Sasaki K. Observation of the discrete transition of optically trapped particle position in the vicinity of an interface // Appl. Phys. Lett. - 2004. - v. 84. - pp. 13-15.

[190] Kazoe Y., Yoda M. Measurements of the near-wall hindered diffusion of colloidal particles in the presence of an electric field // Appl. Phys. Lett. - 2011. - v. 99. -p. 124104.

[191] Sullivan D. M. Electromagnetic simulation using the FDTD method. - John Wiley & Sons, 2013.

[192] Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. - Москва: Физматлит, 2003.

[193] Shilkin D. A., Lyubin E. V., Shcherbakov M. R., Lapine M., Fedyanin A. A. Directional optical sorting of silicon nanoparticles // ACS Photonics. — 2017.— v. 4. — pp. 2312-2319.

[194] Niklasson G. A., Granqvist C. G., Hunderi O. Effective medium models for the optical properties of inhomogeneous materials // Appl. Opt. — 1981. — v. 20. — pp. 26-30.

[195] Aspnes D. E., Studna A. A. Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV // Phys. Rev. B. — 1983. — v. 27. — pp. 985-1009.

[196] Green M. A., Keevers M. J. Optical properties of intrinsic silicon at 300K // Prog. Photovolt: Res. Appl. — 1995. — v. 3. — pp. 189-192.

[197] Daimon M., Masumura A. Measurement of the refractive index of distilled water from the near-infrared region to the ultraviolet region // Appl. Opt. — 2007. — v. 46. — pp. 3811-3820.

[198] Kestin J., Sokolov M., Wakeham W. A. Viscosity of liquid water in the range —8°C to 150°C // J. Phys. Chem. Ref. Data.— 1978. — v. 7.— pp. 941-948.

[199] Shilkin D. A., Shcherbakov M. R., Lyubin E. V., Katamadze K. G., Kudryavt-sev O. S., Sedov V. S., Vlasov I. I., Fedyanin A. A. Optical magnetism and fundamental modes of nanodiamonds // ACS Photonics. — 2017. — v. 4. — pp. 11531158.

[200] Obydennov D. V., Shilkin D. A., Lyubin E. V., Shcherbakov M. R., Ekimov E. F., Kudryavtsev O. S., Vlasov I. I., Fedyanin A. A. Saturation of fluorescence from NV centers in Mie-resonant diamond particles // J. Phys. Conf. Ser. — 2018. — v. 1092. — p. 012102.

[201] Phillip H. R., Taft E. A. Kramers-Kronig analysis of reflectance data for diamond // Phys. Rev. — 1964. — v. 136. — p. A1445.

[202] Palik E. D. Handbook of optical constants of solids. — Academic Press, 1998. — pp. 286-297.

[203] Chew H. Radiation and lifetimes of atoms inside dielectric particles // Phys. Rev. A. — 1988. — v. 38.— p. 3410.

[204] Brazhkin V. V. High-pressure synthesized materials: treasures and hints // High Press. Res. — 2007. — v. 27 pp. 333-351.

[205] Ekimov E. A., Kudryavtsev O. S., Mordvinova N. E., Lebedev O. I., Vlasov I. I. High-pressure synthesis of nanodiamonds from adamantane: Myth or reality? // ChemNanoMat. — 2018. — v. 4 pp. 269-273.