Abstract

We demonstrate a simplified method of rotational control of objects trapped within optical tweezers that does not require high-order modes, interferometric precision, or computer-controlled optical modulators. Inserting a rectangular aperture into the optical beam results in a focused spot that also has rectangular symmetry. We show that an asymmetric object trapped in the beam has its angular orientation fixed such that rotation of the aperture results in a direct rotation of the particle.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, and S. Chu, Opt. Lett. 11, 288 (1986).
    [CrossRef]
  2. Cell Robotics International, Inc., Albuquerque, N.M.
  3. P.A.L.M. GmbH, Bernried, Germany.
  4. S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
    [CrossRef]
  6. W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
    [CrossRef]
  8. H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Opt. Lett. 22, 52 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
    [CrossRef]
  11. E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
    [CrossRef]
  12. Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
    [CrossRef]
  13. S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
    [CrossRef]
  14. A. Ashkin, J. M. Dziedzic, and T. Yamane, Nature 330, 769 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
    [CrossRef]
  16. M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, and H. J. Tiziani, Opt. Lett. 24, 608 (1999).
    [CrossRef]
  17. A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
    [CrossRef]
  18. L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  19. S. Sato and H. Inaba, Opt. Quantum Electron. 28, 1 (1996).
    [CrossRef]
  20. J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
    [CrossRef]
  21. I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  22. K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, J. Opt. Soc. B 16, 533 (1999).
    [CrossRef]
  23. H. Felgner, O. Mueller, and M. Schliwa, Appl. Opt. 34, 977 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]

2002 (1)

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

1998 (2)

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

1997 (3)

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Opt. Lett. 22, 52 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

1996 (2)

S. Sato and H. Inaba, Opt. Quantum Electron. 28, 1 (1996).
[CrossRef]

J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
[CrossRef]

1995 (2)

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

H. Felgner, O. Mueller, and M. Schliwa, Appl. Opt. 34, 977 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

1994 (1)

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

1993 (2)

K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
[CrossRef]

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

1991 (1)

S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
[CrossRef]

1989 (1)

S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

1987 (1)

A. Ashkin, J. M. Dziedzic, and T. Yamane, Nature 330, 769 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

1986 (1)

Allen, L.

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Opt. Lett. 22, 52 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

An, K. N.

Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
[CrossRef]

Arlt, J.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Ashkin, A.

Berg, H. C.

S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Berns, M. W.

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Bjorkholm, J. E.

Blair, H. C.

S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Block, S. M.

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Brakenhoff, G. J.

K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
[CrossRef]

Bryant, P. E.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Chiou, A. E.

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

Chu, S.

Courtial, J.

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

Dholakia, K.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Opt. Lett. 22, 52 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Dziedzic, J. M.

Felgner, H.

Finer, J. T.

J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
[CrossRef]

Friese, M. E. J.

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Gahagan, K. T.

K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, J. Opt. Soc. B 16, 533 (1999).
[CrossRef]

Gelles, J.

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Haist, T.

He, H.

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Heckenberg, N. R.

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Higurashi, E.

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

Hong, J.

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

Hong, L.

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Inaba, H.

S. Sato and H. Inaba, Opt. Quantum Electron. 28, 1 (1996).
[CrossRef]

S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
[CrossRef]

Ishigure, M.

S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
[CrossRef]

Krol, J. J.

K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
[CrossRef]

Landick, R.

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Luo, Z. P.

Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
[CrossRef]

Mac Vicar, I.

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

MacDonald, M. P.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Mueller, O.

Nieminen, T. A.

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

O’Neil, A. T.

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

Ohguchi, O.

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

Padgett, M. J.

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

N. B. Simpson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Opt. Lett. 22, 52 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Paterson, L.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Reicherter, M.

Robertson, D. A.

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

Rubinsztein-Dunlop, H.

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Sato, S.

S. Sato and H. Inaba, Opt. Quantum Electron. 28, 1 (1996).
[CrossRef]

S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
[CrossRef]

Schliwa, M.

Sibbett, W.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Simmons, R. M.

J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
[CrossRef]

Simpson, N. B.

Sonek, G. J.

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

Spudich, J. A.

J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
[CrossRef]

Sun, Y. L.

Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
[CrossRef]

Swartzlander, G. A.

K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, J. Opt. Soc. B 16, 533 (1999).
[CrossRef]

Tanka, H.

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

Tiziani, H. J.

Ukita, H.

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

Visscher, K.

K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
[CrossRef]

Vorobjev, I. A.

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Wagemann, E. U.

Wang, W.

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

Wang, W. D.

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Wright, W. H.

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Yamane, T.

A. Ashkin, J. M. Dziedzic, and T. Yamane, Nature 330, 769 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Yin, H.

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (2)

E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanka, and O. Ohguchi, Appl. Phys. Lett. 64, 2209 (1994).
[CrossRef]

Z. P. Luo, Y. L. Sun, and K. N. An, Appl. Phys. Lett. 76, 1779 (2000).
[CrossRef]

Biophys. J. (2)

W. D. Wang, H. Yin, R. Landick, J. Gelles, and S. M. Block, Biophys. J. 72, 1335 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

I. A. Vorobjev, L. Hong, W. H. Wright, and M. W. Berns, Biophys. J. 64, 533 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Cytometry (1)

K. Visscher, G. J. Brakenhoff, and J. J. Krol, Cytometry 14, 105 (1993).
[CrossRef]

Electron. Lett. (1)

S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Electron. Lett. 27, 1831 (1991).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. B (1)

K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, J. Opt. Soc. B 16, 533 (1999).
[CrossRef]

Nature (4)

A. Ashkin, J. M. Dziedzic, and T. Yamane, Nature 330, 769 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Nature 394, 348 (1998).
[CrossRef]

S. M. Block, H. C. Blair, and H. C. Berg, Nature 338, 514 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

J. T. Finer, R. M. Simmons, and J. A. Spudich, Nature 368, 113 (1996).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

A. E. Chiou, W. Wang, G. J. Sonek, J. Hong, and M. W. Berns, Opt. Commun. 133, 7 (1997).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Opt. Quantum Electron. (1)

S. Sato and H. Inaba, Opt. Quantum Electron. 28, 1 (1996).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

J. Courtial, D. A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81, 4828 (1998).
[CrossRef]

A. T. O’Neil, I. Mac Vicar, L. Allen, and M. J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 88, 053601 (2002).
[CrossRef]

H. He, M. E. J. Friese, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, Phys. Rev. Lett. 75, 826 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Arlt, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

Cell Robotics International, Inc., Albuquerque, N.M.

P.A.L.M. GmbH, Bernried, Germany.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1
Fig. 1

Configuration of the inverted optical tweezers setup including the rotational aperture.

Fig. 2
Fig. 2

Sequential video frames showing synchronous rotation (at 1 Hz) of a fused assembly of silica spheres with an aperture for rotational control.

Metrics