美国科学家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）因为研究“光学镊子及其在生物系统的应用”而获得2018年诺贝尔物理学奖，光镊一词由此更多地进入了研究人员的关注视野。所谓光镊，就是利用光束来捕获、夹持并操纵微细颗粒的系统工具。传统机械镊子夹持物体时，必须使镊子与物体接触，并施加相对压力而操纵物体。与之不同的是，光镊使整个物体受到光的束缚，然后通过移动光束来迁移物体。

我们知道，光的本质是一种电磁波，电磁波携带能量和动量。电磁波与物体发生相互作用时，不但能量发生变化，其动量也发生变化，激光捕获就是利用了光与微粒之间的动量传递。根据动量守恒定律和动量定理可知，这种动量传递会导致光波对微粒产生力的作用。光波对微粒的作用力可以分为两类，一类为散射力，散射力沿着光的传播方向，将微粒推离；一类为梯度力，梯度力沿光强梯度方向，将微粒推向光强梯度最强的位置。光镊产生的原因是光束对微粒的梯度力大于散射力，因此可以将微粒捕获在聚焦光斑中心附近。

根据粒子大小的不同，光束与粒子的相互作用理论模型可以分为三种：当粒子尺寸远小于光波长（d<λ/20，瑞利粒子）的时候，适用于瑞利散射模型；当粒子尺寸远大于光波长（d>5λ，米氏粒子）的时候，适用于几何光学模型；对于中间尺度粒子，只能通过电磁散射模型来计算，电磁散射模型是将入射场与微粒的相互作用看成电磁散射过程，通过对 Maxwell 方程组的求解来确定粒子周围的散射场分布， 进而由动量守恒利用对 Maxwell 应力张量的曲面积分来计算作用在粒子的光力，其计算过程较为复杂^[1]。下面将简要介绍瑞利散射模型和几何光学模型。 

瑞利散射模型将微粒中分子每个化学键视为一个等效电偶极子，分子中所有化学键的电偶极矩之和即构成了整个分子的电偶极矩。而任何一个电介质微粒都是包含了由大量电偶极矩的集合，因此，光与微粒的作用可以理解为电磁场与电偶极子的作用。

      华中科技大学庞元杰教授领导的研究人员对纤维光镊（FOTs）很感兴趣。这种基于光纤的光学捕集器通过用单根或多根光纤操纵光和粒子。纤维光镊消除了对传统的、笨重的光学附件的要求，如显微镜、透镜和镜子，同时又继承了光纤系统的灵活性和稳健性。然而，使用FOTs诱捕10纳米直径的纳米颗粒（NPs）仍然具有挑战性。在这项研究中，庞元杰研究组建立了一个同轴波导模型，它在光学系统中工作，并支持横向电磁（TEM）模式来诱捕NP。波导前端的单个NPs打破了TEM-like引导模式的对称性，导致远场的高传输效率，从而强烈地改变了光动量并诱发了对粒子的大规模反向作用。