Nghiên cứu kìm quang học phi tuyến sử dụng màng mỏng màu hữu cơ ứng dụng điều khiển các vi hạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ NGHIÊN CỨU KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN SỬ DỤNG MÀNG MỎNG MÀU HỮU CƠ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN CÁC VI HẠT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ NGHIÊN CỨU KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN SỬ DỤNG MÀNG MỎNG MÀU HỮU CƠ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN CÁC VI HẠT Ngành: Mã số : Quang học 9.44.01.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết trình bày luận án hồn tồn trung thực chưa công bố cơng trình khác, liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Ngƣời cam đoan ii LỜI CẢM ƠN Luận án thực hoàn thành Viện Vật lý kỹ thuậtViện Khoa học Công nghệ Quân sự hướng dẫn khoa học TS Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn, người định hướng khoa học, bảo tận tình động viên nghiên cứu sinh suốt q trình học tập, nghiên cứu để hồn thành luận án.` Nghiên cứu sinh gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám đốc Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, Thủ trưởng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng/Bộ Tổng Tham mưu, Thủ trưởng cán bộ-nhân viên Phòng Đào tạo, Thủ trưởng Viện Vật lý Kỹ thuật tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn giảng viên, nhà khoa học Viện Vật lý kỹ thuật, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Quân đồng nghiệp đóng góp ý kiến khoa học bổ ích cho nội dung luận án tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt cảm ơn người thân gia đình quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận án Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài luận án: Mục tiêu luận án: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .2 Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận án Chương KÌM QUANG HỌC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN VI HẠT 1.1 Tổng quan phát triển kìm quang học 1.2 Quang lực tác động lên vi hạt 10 1.3 Bẫy quang học 14 1.4 Một số kìm quang học sử dụng điều khiển vi hạt 17 1.4.1 Kìm quang học giao thoa 17 1.4.2 Kìm quang học lệch tia quang-âm 18 1.4.3 Kìm quét tia laser hai chiều 18 1.4.4 Mảng kìm thơng minh 20 1.4.5 Kìm quang học điều khiển vi hạt bàn gốm áp điện 21 1.5 Kìm quang học phi tuyến 23 1.6 Kết luận chương 31 Chương 32 KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN SỬ DỤNG MÀNG 32 CHẤT MÀU HỮU CƠ 32 iv 2.1 Các chất màu hữu phi tuyến cao 32 2.2 Đề xuất mẫu kìm quang học phi tuyến 33 2.3 Nguyên lý hoạt động 34 2.4 Tiêu cự thấu kính phi tuyến 35 2.5 Tái phân bố cường độ không gian pha (,z) chùm laser Gauss 39 2.6 Quang lực dọc tác động lên vi hạt điện môi 41 2.7 Kết luận chương 46 Chương 48 HIỆU SUẤT BẪY CỦA KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN 48 SỬ DỤNG MÀNG CHẤT MÀU HỮU CƠ 48 3.1 Hiệu suất bẫy quang 48 3.2 OTE NOTW 49 3.3 Khảo sát số ảnh hưởng công suất laser trung bình lên OTE 51 3.3.1 OTE dọc 51 3.3.2 OTE ngang 55 3.4 Kết luận chương 61 Chương 62 ĐIỀU KHIỂN TOÀN QUANG VI HẠT TRONG KHÔNG GIAN 62 4.1 Động học vi hạt tự 62 4.1.1 Mẫu NOTW cho vi hạt tự 62 4.1.2 Hệ phương trình Langevin 64 4.1.3 Quỹ đạo vi hạt vùng bẫy 65 4.2 Kéo căng phân tử ADN 69 4.2.1 Mẫu NOTW kéo căng phân tử ADN 69 4.2.2 Hệ phương trình Langevin tổng quát 70 4.2.3 Động học vi hạt gắn với phân tử ADN 71 4.3 Lựa chọn NOTW phù hợp với phân tử ADN 80 4.3.1 NOTWsử dụng kéo căng phân tử ADN chủng lamda 80 4.3.2 NOTW dùng để kéo căng phân tử BEC 83 v 4.4 Kết luận Chương 85 KẾT LUẬN 87 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a [m] - Bán kính vi hạt c [3.108 m/s]-Vận tốc ánh sáng chân không d [m] - Độ dày lớp chất lưu ⃗ (| ⃗ |) [ N] - Véc tơ quang lực (độ lớn quang lực) Fgrad,z [N] - Quang lực gradient dọc Fgrad,ρ [N] - Quang lực gradient ngang f, fnl [m] - Tiêu cự thấu kính (phi tuyến) [J.s/rad] - Hằng số Planck I, I0 [W/cm2] - Cường độ laser ⃗⃗ - Véc tơ sóng | ⃗⃗ | [1/m] - Số sóng kB [1.38064852 ×10-23m2kgs-2K-1] - Hằng số Boltzman L [m] - Chiều dài môi trường Lb[m] - Chiều dài bền ADN Lc[m] - Chiều dài tổng ADN Lstr[m] - Chiều dài căng ADN m - Tỉ số chiết suất mpt - Tỉ số chiết suất phi tuyến mh[kg] - Khối lượng vi hạt N - Số phô tôn nh- Chiết suất hạt điện môi nm (nf) - Chiết suất môi trường (chất lưu) n2(nnl)[cm2/W] - Hệ số chiết suất phi tuyến nK - Chiết suất môi trường Kerr n0 - Chiết suất tuyến tính mơi trường Kerr vii P[W] - Công suất laser ⃗ [kg.m/s] - Véctơ xung lượng Q - Hiệu suất bẫy quang T[oK] - Nhiệt độ tuyệt đối t[s] - Thời gian U[J] - Năng lượng laser W0[cm] - Bán kính thắt chùm Win[cm] - Bán kính thắt chùm LGB vào Wz [cm] - Bán kính chùm tia LGB z Wi [0 1] - Giá trị hàm ngẫu nhiên z[m] - Tọa độ dọc trục laser z0[m] - Độ dài Rayleigh α[N.cm3/W] - Hệ số phân cực vi cầu lưỡng cực [N.cm2/W] - Hệ số tán xạ vi cầu h[m/W] - Hệ số hấp thụ chất màu hữu  [kg/s] - Hệ số ma sát nhớt [kg/m.s (Pa.s)] - Độ nhớt [m] - Tọa độ hướng tâm [nm] - Bước sóng laser 0 [8,85 10-12 F/m] - Độ điện thẩm chân không AND - Phân tử AND (Deoxyribonucleic acid) AOT - Kìm quang âm (Acousto-optical tweezers) AOCM - Phương pháp điều khiển quang-âm (Acousto-Optical Control) AoML Method)- Mảng vi thấu kính (Array of microlens) AoOTW - Mảng kìm quang học (Array of Optical Tweezers) ApoLB - Công suất trung bình chùm laser (Average power of Laser Beam) viii aOCM - Phương pháp điều khiển toàn quang (All Optical Control Method) BEC - Vi khuẩn E Coli (Bacteria Escherichia Coli) CL - Chiều dài tổng ADN (Contour Length) DMP - Vi hạt điện môi (Dielectric Micro Particles) EF - Lực đàn hồi (Elastic force) EMCM - Phương pháp điều khiển điện-cơ (Electro-Mechanical Control) EOCM Method)- Phương pháp điều khiển điện-quang (Electro-Optical Control Method) FDE - Phương trình vi phân hữu hạn (Finite Different Equation) FDM - Phương pháp vi phân hữu hạn (Finite Different Method) GLE - Phương trình Langevin tổng quát (General Langevin Equation) GOF - Lực gradient quang (Gradient Optical Force) ICOTW - Kìm quang học thơng minh (Intelligent Control Technique Optical Tweezers) IOTW - Kìm quang học giao thoa (Interference Optical Tweezers) KE - Hiệu ứng Kerr (Kerr Effect) KF - Chất lưu Kerr (Kerr Fluid) KMP - Vi hạt Kerr (Kerr Micro Particle) LGB - Chùm laser Gauss (Laser Gausian Beam) LGOF - Quang lực gradient (Longitudinal Gradient Optical Force) LHGB - Chùm laser Hollow (Laser Hollow-Gaussian Beam) LOTW - Kìm quang học tuyến tính (Linear Optical Tweezers) ML - Vi thấu kính (Microlens) MO - Kính hiển vi (Mircoscope Objectives) NcoRI - Hệ số chiết suất phi tuyến (Nonlinear Coefficient of Refractive Index) NL - Thấu kính phi tuyến (Nonlinear Lens) NML - Vi thấu kính phi tuyến (Nonlinear Microlens) NOTW - Kìm quang học phi tuyến (Nonlinear Optical Tweezers) OD - Chất màu hữu (Organic Dye) OF - Quang lực (Optical Force) 88 Các kết nghiên cứu chính: Mơ hình kìm quang học phi tuyến với tham số sau: Sử dụng chùm tia đầu vào có cơng suất trung bình thay đổi khoảng từ P = (1 ÷ 4) mW, bán kính thắt chùm Wo = 0,002 cm, chất màu Acid blue có hệ số chiết suất phi tuyến n2 = 10-6 cm2/W độ dày d = 0,01 cm tạo kìm quang học phi tuyến bẫy vi hạt Polystyrene bán kính a = 500 nm, chiết suất np = 1,55 nhúng nước có chiết suất nfl = 1,34 với quang lực Ftotal,z 10 pN điều khiển dọc theo trục laser khoảng 3.800 mm Với cấu hình kìm quang học phi tuyến đề xuất, hiệu suất bẫy dọc trục mặt tiết ngang chùm laser tăng theo hàm mũ so kìm quang quang học tuyến tính cơng suất laser trung bình tăng lớn 2,15 mW (các tham số kìm quang học tuyến tính xác định tương đương với trường hợp kìm quang học phi tuyến sử dụng laser với công suất 2,15 mW) Sử dụng chùm laser đầu vào với bán kính thắt Wo = 0,002 cm, kìm quang học phi tuyến đề xuất với tham số cho áp dụng kéo căng phân tử ADN có chiều dài tổng vùng micro mét (thuộc chủng lamda) cần mở rộng thắt chùm lên Wo = 0,045 cm kìm áp dụng kéo căng phân tử lớn với chiều dài tổng vùng mili mét (vi khuẩn B.Coli) Kết thu trình bày luận án bao gồm số đóng góp khoa học cơng nghệ Những đóng góp luận án: 1) Đề xuất mẫu kìm quang học phi tuyến điều khiển toàn quang sở sử dụng màng mỏng chất màu hữu có hệ số phi tuyến bậc ba cao để tạo vi thấu kính phi tuyến, có tác dụng nâng cao độ số giúp điều khiển tâm kìm Trên sở mơ hình cụ thể (màng Acid Blue 29, với chiết suất phi tuyến n2 = 1.10-6 cm2/W; chiều dày màng d = 0,05 cm, bước sóng laser λ = 632 nm Vi hạt điều khiển Polystyren có chiết suất nb = 1,55 bán kính a= -4 0,5.10 cm nhúng nước) 89 2) Điều khiển tiết diện hội tụ vùng vài chục micron khoảng cách tiêu cự từ micron đến centimets để bẫy giam giữ, điều khiển vi hạt điện môi không gian ba chiều Giải pháp nâng cao hiệu suất bẫy so với kìm tuyến tính Chỉ tính ưu việt kìm quang học phi tuyến điều khiển vi hạt theo phương dọc trục chùm tia laser, sử dụng nguồn laser công suất thấp Hướng nghiên cứu luận án: Trong khuôn khổ luận án, tác giả chưa thể khảo sát cách đầy đủ đặc tính ưu việt nhược điểm sử dụng kìm quang học phi tuyến cho trình điều khiển vi hạt tự trình kéo căng phân tử ADN, cụ thể: 1) Cần khảo sát giới hạn cơng suất laser q trình kéo căng phân tử AND, đặc biệt kéo vi hạt bẫy phía mặt màng chất màu hữu (tăng công suất laser để rút ngắn tiêu cự vi thấu kính), tượng đứt chuỗi (Broken down) xảy Kết nghiên cứu tối ưu kìm quang học phù hợp với phân tử ADN nhằm tránh gãy đứt 2) Nồng độ dung dịch chất màu hữu khác có hệ số chiết suất phi tuyến khác nhau, chí hệ số âm, đó, việc áp dụng dung dịch để xây dựng cấu hình đơn giản khả thi 90 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [CT1] Ho Quang Quy, T D.Thanh, D Q Tuan, N M.Thang, Nonlinear optical tweezers for longitudinal control of dielectric particles, Optic Communication 421 (2018) 94-98 [CT2] H Q Quy, D Q Tuan, T D Thanh, N M Thang, Enhance of optical trapping efficiency by nonlinear optical tweezers, Optic Communication 427 (2018) 341-347 [CT3] D Q Tuan, N T T Tam, H T Loan, N T Cam, Trajectories of free bead in 2D trapping region of nonlinear optical tweezers, Journal of Military Science and Technology, Special Issue, No.57A, November 2018, pp 97 - 105 [CT4] Ho Quang Quy, Doan Quoc Tuan, Tran Xuan Kien, Nonlinear optical tweezers for plasmid DNA molecules, IOP, Halong, 2018, p.196 [CT5] Doan Quoc Tuan, Ho Quang Quy, Nguyen Thu Cam, Do Thanh Viet, Thai Doan Thanh, Nguyen Mạnh Thang, Suitable configuration of nonlinear optical tweezers for stretching of DNA molecules, IOP, Halong, 2018, p.37 [CT6] Nguyen Manh Thang, Ho Quang Quy, Thai Doan Thanh, Doan Quoc Tuan, Do Thanh Viet, Doan Quoc Khoa, 3D control stretched length of lambda‑phage WLC DNA molecule by nonlinear optical tweezers, Optical and Quantum Electronics, 52,51(2020) 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thanh Lâm, L T Q Anh, D A Phương (2016), Chế tạo màng bảo vệ cảm biến cho laser beam profiler, Hội nghị KH Trường ĐHKHTN lần thứ 10 Nguyễn Thanh Lâm (2018), Nghiên cứu tính chất quang phi tuyến bậc ba qua chiết suất phi tuyến, hệ số hấp thụ phi tuyến số thuốc nhuộm hữu ứng dụng, Luận án tiến sĩ, ĐH KHTN, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Hồng Văn Nam (2015), Phân bố lực khơng gian kìm quang học Kerr sử dụng chùm tia laser Gauss, Luận án tiến sĩ, Viện KH-CNQS Hồ Quang Quý (2005), Kìm Quang học, NXB Đại học Vinh Nguyễn Văn Thịnh (2017), Mảng kìm quang học biến điều quang-âm, Luận án tiến sĩ, ĐH Vinh Thái Đinh Trung (2017), Điều khiển độ căng phân tử ADN dung môi phi tuyến kìm quang học, Luận án tiến sĩ , ĐHVinh Tiếng Anh A Ashkin (1970), Acceleration and trapping of particles by radiation pressure, Phys Rev Lett., 24, 156-159 A Ashkin et al (1986), Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, AT&T Bell Laboratories, Holmdel, New Jersey 07733, March A Ashkin (1992), Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectic sphere in the ray optics regime, Biophys J.,24, 569-582 10 A Ashkin (1997), Optical trapping and manipulation of neutral particles using laser, Proc Nat Acad Sci USA 94,4853-4860 11 A A Ambardekar, Y Q Li (2005), Optical levitation and manipulation of stuck particles with pulsed optical tweers, Opt Lett.,30, 1797-1799 92 12 A Isomura, N.Magome, M.I.Kohira, K.Yoshikawa (2006), Toward the stable optical trapping of a droplet with counter laser beams under microaravity, Chemical Physics Letters, 429,321-325 13 A Kumar De, D Roy, B saha, D Goswami (2008), A simple method for constructing and calibrating an optical tweezer, Current Science, 95, 723-724.(13) 14 A N Grigorenko, N.R Roberts, M.R Dickinson, and Y Zhang (2008), Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates, Nature Photonics , 365-370 15 Anita Devi, Sumit Yadav, Arijit K De, Nonlinear optical trap: dielectrics, metals, and beyond, Proceedings Volume 11463, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XVII; 114632E (2020) 16 A O'Neil and M Padgett (2001), Axial and lateral trapping efficiency of Laguerre–Gaussian modes in inverted optical tweezers, Optics Communications 193 ,1-6 17 A Rohrbach (2005), Stiffness of Optical Traps: Quantitative Agreement between Experiment and Electromagnetic Theory, Phys Rev Lett 95, 168102-1- 18 Bakshi S., Siryaporn A., Goulian M., Weisshaar JC., Superresolution imaging of ribosomes and RNA polymerase in live Escherichia coli cells Mol Microbiol., 85 (2012) 21-38 19 Bernet S., Ritsch-Marte M Singer W (2001), 3D-force calibration of optical tweezers for mechanical stimulation of surfactant-releasing lung cells, Laser Phys., 11, 1217-1223 20 B P da Silva, V A Pinillos, D S Tasca, L E Oxman, and, A Z Khoury, Pattern Revivals from Fractional Gouy Phases in Structured Light, Phys Rev Lett 124, 033902 (2020) 21 Bruno Suassuna, Bruno Melo, Thiago Guerreiro, Path integrals and nonlinear optical tweezers, Phys Rev A 103, 013110 (2021) 93 22 C Cecconi, E A Shank, C Bustamate, and S Marquee, Direct observation of the three-state folding of a single protein molecule, Science 309 (2005) 2057-60 23 C G Bauman et al, “Stretching of single collapsed DNA molecule,” Biophys J., 78 (2000) 1965-1978 24 C L Zhao, L G Wang, X H Lu (2006), Radiation forces on a dielectric sphere produced by highly focused hollow Gaussian beams, Phys Lett A 363, 502-506 25 C L Zhao, L G Wang (2007), Dynamic radiation force of a pulsed Gaussian beam acting on a Rayleigh dielectric sphere, Optical Society of America, 32, 1393-1395 26 C Neuman and S M Block (2004), Optical trapping, Rev of Scient Intruments, 75, 2787-2809 27 C Neuman and S M Block (2004), Optical trapping, Rev of Scient Instruments, 75, 2787-2809 28 Couris, S., Renard, M., Faucher, O., Lavorel, B., Chaux, R., Koudoumas, E and Michaut, X (2003), An experimental investigation of the nonlinear refractive index (n2) of carbon disulfide and toluene by spectral shearing interferometry and z-scan techniques Chemical Physics Letters 369 , 318-324 29 D Preece, R Bowman, A Linnenberger, G Gibson, S Serati and M Padgett (2009), Increasing trap stiffness with position clamping in holographic optical tweezers, Opt Express, 17, 22718-22724 30 D J Armstrong, T A Nieminen, A B Stilgoe, A V Kashchuk, I C D Lenton, and H Rubinsztein-Dunlop, Swimming force and behavior of optically trapped micro-organisms, Optica 7, 989 (2020) 31 D T Thai, V L Chu and Q Q Ho, Recorrection Stretch Function of the Spring-Like Elastic DNA Molecules, Inter J of Engin and Innov.Techn (IJEIT), 3(9) (2014) 1-4 94 32 E Koushki, A Farzaneh, S.H Mousavi (2010), Closed aperture Z-scan technique using the Fresnel-Kirchhoff diffraction theory for materials with high nonlinear refractions, Appl Phys B99, 565-570 33 E R Dufresne and D G Grier (1998), Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optics, Rev of Scient Instruments, 69,1974-1977 34 European Network of Excellence for Biophotonics (2014), Acoustooptical deflectors for optical tweezer arrays, Networking for Better Health Care, http://WWW.Photonics4life.eu/lavout/set/Consortium/P4LDB/All-items 35 Fazal, F M., Meng, C A., Murakami, K., Kornberg, R D & Block, S M., Real-time observation of the initiation of RNA polymerase II transcription, Nature 525, (2015) 274–7 36 G V Soni, F M Hameed, T Roopa and G V Shivashankar (2002), Development of an optical tweezer combined with micromanipulation for ANA and protein nanobioscience, Current Science, 83, 1464-1471 37 H.A Badran, Q.M.A Hassan, A.Y Al-Ahmad, C.A Emshary (2011), Laser-induced optical nonlinearities in Orange G dye: polyacrylamide gel, Canadian J of Physics, 89 , 1219-1224 38 H.A Badran, R.C Abul-Hail, H.S Shaker, Q.M Hassan (2017), An alloptical switch and third-order optical nonlinearrity of 3,4- pyridinediamine, Appl Physics B 123 , 31 39 Honglian, Y.,Xincheng, Y., Zhaolin, L., Bingying, C., Xuehai, H.,Daozhong Z (2013): Measurements of displacemant and trapping force on micro-sized particles in optical tweezer system Science in China 45, 919- 925 40 H Q Quy, M V Luu, Hoang Dinh Hai and Donan Zhuang (2010), The Simulation of the Stabilizing Process of Dielectric Nanoparticle in Optical Trap using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Chinese Optic Letters, 8(3),332-334 95 41 H Q Quy, H D Hai (2012), The simulation of the stabilizing process of glass nanoparticle in optical tweezer using series of laser pulses, Commun In Phys., 22, 175-181 42 H Q Quy, H V Nam (2012), Influence of the Kerr effect on the optical force acting on the dielectric particle, J Phys Scien Appl., , 414-419 43 H Q Quy, H V Nam, T D Trung, C V Lanh, C T Le (2012), Dynamics of nanopartcle in Kerr medium under optical tweezer, Adv In Opt Spectr & Appl VII, ISSN 1859-4271, 794-799 44 H V Nam, C T Le, H Q Quy (2013), The influence of the selffocusing effect on the the optical force acting on dielectric particle embedded in Kerr medium, Commun in Phys., 23, 155 45 H Q Quy, H D Hai, M V Luu (2010), The Influence of Parameters on Stabetime “Pillar” in Optical Tweezer using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Computational methods for Science and Technology, Special Isue (2), 61-66 46 Howie Mende, Ph.D (2000), Optical Trapping, manipulation, translation and spinning of micron sized gears using a vertical dual Laser diode system, Laurentian University, Ontario, Canada 47 H Q Quy, T B Chu, M V Luu, and T N Truoi (2007), Influence of intracavity nonlinear efects on laser beam’s structure, Proc Advances in Opt Photon Spect & Appl., Can Tho, 361-366 48 H.N Motlagh, D Toptygin, C.M Kaiser, and V.J Hilser (2016), Singlemolecule-chemical spectroscopy provides structural idensity of folding intermediates, Biophys.J 110,1280-1290 49 H Moradi, V Shahabadi, E Madadi, E Karimi, and F Hajizadeh, Efficient optical trapping with cylindrical vector beams, Opt Express 27, 7266 (2019) 50 Hao, Y., Canavan, C., Susan, S T., Rodrigo, A M (2017), Integrated method to attach DNA handlex and functionall select proteins to study 96 folding and protein-ligand interaction with optical tweezers, Scientific reports 7, 1-8 51 I Fuks, B Derkowska, B Sahraoui, S Niziol, J Sanetra, D Bogdal and J Pielichowski (2002), Third-order nonlinear optical susceptibility of polymers based on carbazole derivatives, J Opt Soc Am B 19 (1) 89-93 52 I C Khoo, S T Wu (1993), Optics and nonlinear optics of liquid crystals, World Scientific Publ Co Pte Ltd 53 Justin E.Molloy et al (2003), Preface: Optical tweezers in a new light, Journal of Modern Optics, 50(10), 1501-1507 54 J H G Huisstede (2006), Scanning probe optical tweezers: A new tool to study DNA-protein interactions, Printed by FEBODRUK BV, Enschede, ISBN 90365-2355-9 55 J K Wahlstrand, Y H Cheng, H M Milchberg (2012), “Absolute measurement of the transient optical nonlinearity in N2, O2, N2O, and Ar” Phys Rev A 85, 043820 56 Jiang, Y., Narushima, T and Okamoto, H (2010), Nonlinear optical effects in trapping nanoparticles with femtosecond pulses, NATURE PHYSICS 6, 10051009.(51) 57 Kishan Dholakia et al (2002), Optical tweezers: The next generation, Physics World, 31-35 58 K-B Im, D-Y Lee, H-I Kim, C-H Oh, S-H Song and P-S Kim, B-C Park (2002), Calculation of optical trapping forces on microspheres in the ray optics regime, J Korean Phys Soc., 40, 930-933 59 K Yamakawa (2004), “ Table top lasers create ultrahigh peak powers,” Oyo-Butsuri, 73(2),186-193 (in Japanese) 60 Kim, H K., Joo, I-J., Song, S_H., Kim, P-S., Im, K-B and Oh, C-H (2003), Dependence of the Optical Trapping Efficiency on the Ratio of the Beam Radiusto-the Aperture Radius, J of the Korean Physical Society 43(3), 348-351 97 61 Kotsifaki, D G., Kandyla, M., and Lagoudakis, P.G (2016), Plasmon enhanced optical tweezers with gold-coated black silicon Sci Rep 6, 26275 62 L G Wang, C L Zhao, L Q Wang, X H Lu, S Y Zhu (2007), “Effect of spatial coherence on radiation forces acting on a Rayleigh dielectric sphere,” Opt Lett., 32, 1393-1395 63 Marco F Duarte, Mark A Davenport, Dharmpal Takhar, Jason N Laska, Ting Sun, Kevin F Kelly, and Richard G Baraniuk (2008), Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling, Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling, 85, March 64 M D Wang, H Yin, R Landick, J Gelles, and S M Bock (1997), Stretching DNA with Optical Tweezers, Biophys J.,72, 1335-1346 65 M.B Alsous, M.D Zidan, A.Allahham (2014), Z-scan measurements of optical nonlinearity in Acid Blue 29 dye, Optik-International J for Light and Electron Optics, 125 , 5160-5163 66 M D Zidan, A.W.Allaf, Z Aji, A Allahham (2011), Investigation of the optical limitting properties of acid blue 29 in various solvents, Opt Laser Technol., 43, 1347-1350 67 M.H Shabestari, A.E.C Meijering, W.H Roos G.J.L Wuite, and E.J.G Peterman (2017), Recent advance in biological single-molecule applications of optical tweezers and fluorescence microscopy, Method in Enzymology, 582, 85-115 68 M.M Ara, S Salmani, S H Mousavi, E Koushki (2010), Investigation of nonlinear optical responses and observing diffrection rings in acid dye (Paten Green), Current Apl Phys., 10 , 997-1001 69 Mihaela G M., S Valkai, A Dér,Tudor S Mozzammel H (2015), "Stretching of red blood cells using an electro-optics trap," Biomed Opt Express, 6(1), 118-123 70 M.P MacDonald, I Peterson, W Sibbett, and K Dholakia (2002), 98 “Trapping and manipulation of low-index particles in a two-dimensional interferometric optical trap,” Opt Lett., 26, 863-865 71 M S Rocha (2009), Optical tweezer for undergraduates: Theoretical analysis and Experiments, Am J Phys., 77, 704-712 72 Min, D., Arbing, M.A., Jefferson, R.E & Bowie, J.U (2016), A simple DNA handle attachment method for single molecule mechanical manipulation experiments, Protein Sci 25, 1535-1544 73 M Mangeat, Y Amarouchene, Y Louyer, T Guérin, and D S Dean, Role of nonconservative scattering forces and damping on Brownian particles in optical traps, Phys Rev E 99, 052107 (2019) 74 O G Bokov (1974), Theory of the nonlinear refractive index of liquids, Zh Eksp Teor Fiz 67 , 1859-1869 75 O Moine and B Stout (2005), Optical force calculations in arbitrary beams by use of the vector addition theorem, J Opt Soc Am B, 22, 1620-1631 76 P Zemanek, V Karasek, A Sasso (2004), Optical forces acting on Rayleigh particle placed into interference field, Optics Commun 240, 401-415 77 P Mangeol, D Cote, T Bizebard, O Legrand, and U Bockelmann (2006), Probing DNA and RNA single molecules with a double optical tweezer, Eur Phys.,E19, 311-317 78 Quy Ho Quang, Thanh Thai Doan, Tuan Doan Quoc, Thang Nguyen Manh (2018), Nonlinear optical tweezers for longitudinal control of dielectric particles, Opt Commun., 421, 94-98 79 R A B Suarez, L A Ambrosio, A A R Neves, M ZamboniRached, and M R R Gesualdi, Experimental optical trapping with frozen waves, Opt Lett 45, 2514 (2020) 80 R Bulushev (2017), Nanocapillaries combined with optical tweezers as a 99 single molecule technique for studying DNA-protein complexes, Doctor thesis, ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE, Suisse 81 R C Wang, Y.Li, S Shen, and S Liu (2011), “Optical Tweezer Array System Based on 2D Photonic Crystals,” Physics Procedia 22, 493-497 82 R Krishnana, M Ayyanarb, A Kasinathana, P Kumarb (2018), Birefringence, Photo luminous, Optical Limiting and Third Order Nonlinear Optical Properties of Glycinium Phosphite (GlP) Single Crystal: A potential Semi Organic Crystal for Laser and Photonics Applications, Materials Research, 21(2): e20170329 83 R M Pettit, W Ge, P Kumar, D R Luntz-Martin, J T Schultz, L P Neukirch, M Bhattacharya, and A Nick Vamivakas, An optical tweezer phonon laser, Nat Photon 13, 402 (2019) 84 R Pobre and C Saloma (1997), Single Gaussian beam interaction with a Kerr microsphere: characteristics of the radiation force, Appl Optics, 36, 3515-3520 85 R Pobre and C Saloma (2002), Radiation force on a nonlinear microsphere by a tightly focused Gaussian beam, Appl Optics, 41, 7694-7701 86 R.R Krishnamurthy, R Alkondan (2010), Nonlinear characterization of Mercurochrome dye for potential application in optical limiting, Opt Appl., XL, 187-196 87 S C Kuo (1992), M P Sheetz, Optical tweezers in cell biology, Trends Cell Biol 2, 16-24 88 S Hormeno and J R Arias-Gonzalez (2006), Exploring mechanochemical processes in the cell with optical tweezers, Biol Cell, 98, 679-695 89 S Jeyaram, T.Geethakrishnan (2017), Third-order nonlinear optical properties of acid green 25 dye by Z-scan method, Optics & Laser Technology, 89 , 179-185.(81) 90 Shekaramiz M., Moon T.K., Gunther J.H (2016), AMP-B-SBL: An 100 algorithm for clustered sparse signals using approximate message passing, Ubiquitous (UEMCON) Comput IEEE Electron Annu Mob 2016 Commun Conf Oct; 2016: 10.1109/UEMCON.7777899 91 Stigler, J., Ziegler, F., Gieseke, A., Gebhardt, J C M & Rief, M (2011), The complex folding network of single calmodulin molecules, Science 334 , 512–516 92 Sun, B & Wang, M D (2016), Single-molecule perspectives on helicase mechanisms and functions, Crit Rev Biochem Mol Biol 51 , 15–25 93 Saleh, E.A.,Teich,M.C (1991), Fundamentals of Photonics A WileyInterscience Publication 94 T D Trung, D Q Khoa, B X Kien, H Q.Quy (2016), 3D controlling the bead linking to DNA molecule in a single-beam nonlinear optical tweezers, Opt Quant Electron., 48, 561 95 T D Thanh, D Q Khoa, H Q Quy (2018), Acousto-optical tweezers for stretch of DNA molecule, Opt Quant Electron., 50 , 51 96 Thai Dinh Trung, Bui Xuan Kien, Nguyen Thanh Tung, Ho Quang Quy (2016), Dynamics of polystyrene beads linking to DNA molecules under single optical tweezers: A numerical study using full normalized Langevin equation, J of Nonlinear Optical Physics & Materials 25 (4), 1650054 97 T Tlusty, A Meller, and R Bar-Ziv (1998), Optical Gradient Forces of Strongly Localized fields, Phys Rev Lett.,81, 1738-1741 98 T Li (2013), Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microsphere, Chap II: Physical principle of Optical Tweezers, Springer Theses, DOI:10.1007/978-I-4614-6031-2, 2, Springer Science+Business MediA New York 99 Van Nam Hoang, Thanh Le Cao, Quang Quy Ho (2013), Influence of Kerr Effect on Tweezer Center Location in Nonlinear Medium, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), Vol 3, No.3, pp.134-138 101 100 Volpe, G., Volpe, G (2013), Simulation of Brownian particle in an optical trap, Am J Phys., 81, 224-230 101 William F Heinz and Jan H Hoh (1999), Spatially resolved force spectroscopy of biological surfaces using the atomic force microscope, TIBTECH 17, 145-150 102 W B Fu, X L Wang, X H Zhang, S Y Ran, J Yan ad M Li, (2006), Compaction dynamics of single DNA molecules under tension, J Am Chem Soc 128 , 15040- 15041 103 Wilkes, Z.W., Varma, S., Chen, Y.-H., Milchberg, H.M., Jones T.G and Ting, A (2009), Direct measurements of the nonlinear index of refraction of water at 815 and 407 nm using-shot supercontinuum spectral interferometry, Applied Physics letters 94 , 211102 104 J T Zhang, Y Yu, W B Cairncross, K Wang, L R B Picard, J D Hood, Y.W Lin, J M Hutson, and K.-K Ni, Forming a Single Molecule by Magnetoassociation in an Optical Tweezer, Phys Rev Lett 124, 253401 (2020) 105 J Flajšmanová, M Šiler, P Jedlicka, F Hrubý, O Brzobohatý, R Filip, and P Zemánek, Using the transient trajectories of an optically levitated nanoparticle to characterize a stochastic duffing oscillator, Sci Rep 10, 14436 (2020) 106 Y Amarouchene, M Mangeat, B V Montes, L Ondic, T Guérin, D S Dean, and Y Louyer, Nonequilibrium Dynamics Induced by Scattering Forces for Optically Trapped Nanoparticles in Strongly Inertial Regimes, Phys Rev Lett 122, 183901 (2019) 107 Y Tanaka, H Kawada, S Tsutsui, M Ishikawa, H Kitajima (2009), “Dynamic micro-bead arrays using optical tweezers combined with intelligent control techniques,” Opt Express 17, 24102-24111 108 Yuquan Zhang, Junfeng Shen, Junfeng Shen, Changjun Min, Yunfeng Jin, Yuqiang Jiang, Jun Liu, Siwei Zhu, Yunlong Sheng, Anatoly V Zayats*, and Xiaocong Yuan, Nonlinearity-Induced Multiplexed Optical Trapping and 102 Manipulation with Femtosecond Vector Beams, Nano Lett 18, 9, 5538– 5543(2018) 109 Y Izawa, N Miyanaga, J Kawanaka, and K Yamakawa (2008), High Power Lasers and Their New Applications, J of the Optical Society of Korea, 12 ( 3), 178-185 110 Y Harada, T Asakura (1996), Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scatting regime, Opt Commun 124, 529-541 111 Y Zheng, L.-M Zhou, Y Dong, C.-W Qiu, X.-D Chen, G.-C Guo, and F.-W Sun, Robust Optical-Levitation-Based Metrology of Nanoparticle’s Position and Mass, Phys Rev Lett 124, 223603 (2020) 112 Y Zhang (2017), Energetics, kinetics, and pathway of SNARE folding and assembly revealed by optical tweezers, Protein Sci., doi:10.1002/pro 3116.(98) 113 Z Henari, S Cassidy (2012), Nonlinear optical properties and all optical switching of Congo red in solution, Optik 123 , 711-714 ... án: ? ?Nghiên cứu kìm quang học phi tuyến sử dụng màng mỏng màu hữu ứng dụng điều khiển vi hạt? ?? Mục tiêu luận án: Trên sở cấu hình kìm quang học tuyến tính (LOTW) kìm quang học phi tuyến (NOTW) nghiên. .. ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VI? ??N KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ NGHIÊN CỨU KÌM QUANG HỌC PHI TUYẾN SỬ DỤNG MÀNG MỎNG MÀU HỮU CƠ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN CÁC VI HẠT Ngành: Mã số : Quang học 9.44.01.10 LUẬN... 1.2 Quang lực tác động lên vi hạt 10 1.3 Bẫy quang học 14 1.4 Một số kìm quang học sử dụng điều khiển vi hạt 17 1.4.1 Kìm quang học giao thoa 17 1.4.2 Kìm quang