Xác định quang lực lên vi hạt trong kìm quang học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH _ LÊ THỊ DUNG XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN, 5-2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH _ LÊ THỊ DUNG XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Huy Bằng NGHỆ AN, - 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ hoàn thành trường Đại học Vinh Để hoàn thành luận văn tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Vinh, Ban chủ nghiệm Khoa Vật lý Công nghệ, Phòng Đào tạo sau Đại học tất thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý Công nghệ tạo điều cho tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành chương trình cao học Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Bằng tận tình giúp đỡ cho tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn NCS ThS Phan Văn Thuận đóng góp ý kiến quý báu trình nghiên cứu viết luận văn Vinh, tháng 05 năm 2015 Tác giả Lê Thị Dung MỤC LỤC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Photon ánh sáng 1.2 Tương tác ánh sáng với vật chất 1.2.1 Áp suất xạ Lực hiểu chung áp lực Tuy nhiên, đơn lực bẫy hạt mà đẩy hạt theo chiều truyền lan chùm tia 1.2.2 Tương tác photon ánh sáng với hạt điện môi .6 1.3 Các chế độ làm việc kìm quang học 11 1.3.1 Chế độ Rayleigh .11 1.3.2 Chế độ Mie .14 1.4 Nguyên lý hoạt động kìm quang học chùm tia laser 18 CHƯƠNG 21 XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC 21 2.1 Sơ đồ quang học .21 2.2 Các thiết bị thí nghiệm 22 2.2.1 Nguồn laser bẫy .22 2.2.2 Hệ thống chuẩn trực chùm laser 23 2.2.3 Hệ thống mở rộng chùm laser 23 2.2.4 Gương lưỡng sắc giá đỡ 25 2.2.6 Hệ thống định vị mẫu .26 2.2.7 CCD camera .27 2.2.8 Đèn LED 27 2.2.9 Một số thiết bị khác 29 2.2.10 Kết nối máy tính .29 2.3 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm .30 2.4 Hình ảnh hạt thực bẫy nhận xét .31 2.4.1 Hình ảnh hạt thực bẫy 31 2.4.3 Một số thao tác trình bẫy hạt 32 2.5 Thu thập số liệu 32 2.5.1 Chuyển động Brown 32 2.6 Xử lý số liệu sai số thí nghiệm 36 2.6.1 Xác định hệ số nhớt nước cất sai số thí nghiệm 36 2.6.2 Xác định quang lực 39 KẾT LUẬN CHUNG 43 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Photon ánh sáng 1.2 Tương tác ánh sáng với vật chất 1.2.1 Áp suất xạ Lực hiểu chung áp lực Tuy nhiên, đơn lực bẫy hạt mà đẩy hạt theo chiều truyền lan chùm tia 1.2.2 Tương tác photon ánh sáng với hạt điện môi .6 1.3 Các chế độ làm việc kìm quang học 11 1.3.1 Chế độ Rayleigh .11 1.3.2 Chế độ Mie .14 1.4 Nguyên lý hoạt động kìm quang học chùm tia laser 18 CHƯƠNG 21 XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC 21 2.1 Sơ đồ quang học .21 2.2 Các thiết bị thí nghiệm 22 2.2.1 Nguồn laser bẫy .22 2.2.2 Hệ thống chuẩn trực chùm laser 23 2.2.3 Hệ thống mở rộng chùm laser 23 2.2.4 Gương lưỡng sắc giá đỡ 25 2.2.6 Hệ thống định vị mẫu .26 2.2.7 CCD camera .27 2.2.8 Đèn LED 27 2.2.9 Một số thiết bị khác 29 2.2.10 Kết nối máy tính .29 2.3 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm .30 2.4 Hình ảnh hạt thực bẫy nhận xét .31 2.4.1 Hình ảnh hạt thực bẫy 31 2.4.3 Một số thao tác trình bẫy hạt 32 2.5 Thu thập số liệu 32 2.5.1 Chuyển động Brown 32 2.6 Xử lý số liệu sai số thí nghiệm 36 2.6.1 Xác định hệ số nhớt nước cất sai số thí nghiệm 36 2.6.2 Xác định quang lực 39 KẾT LUẬN CHUNG 43 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Photon ánh sáng 1.2 Tương tác ánh sáng với vật chất 1.2.1 Áp suất xạ Lực hiểu chung áp lực Tuy nhiên, đơn lực bẫy hạt mà đẩy hạt theo chiều truyền lan chùm tia 1.2.2 Tương tác photon ánh sáng với hạt điện môi .6 1.3 Các chế độ làm việc kìm quang học 11 1.3.1 Chế độ Rayleigh .11 1.3.2 Chế độ Mie .14 1.4 Nguyên lý hoạt động kìm quang học chùm tia laser 18 CHƯƠNG 21 XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC 21 2.1 Sơ đồ quang học .21 2.2 Các thiết bị thí nghiệm 22 2.2.1 Nguồn laser bẫy .22 2.2.2 Hệ thống chuẩn trực chùm laser 23 2.2.3 Hệ thống mở rộng chùm laser 23 2.2.4 Gương lưỡng sắc giá đỡ 25 2.2.6 Hệ thống định vị mẫu .26 2.2.7 CCD camera .27 2.2.8 Đèn LED 27 2.2.9 Một số thiết bị khác 29 2.2.10 Kết nối máy tính .29 2.3 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm .30 2.4 Hình ảnh hạt thực bẫy nhận xét .31 2.4.1 Hình ảnh hạt thực bẫy 31 2.4.3 Một số thao tác trình bẫy hạt 32 2.5 Thu thập số liệu 32 2.5.1 Chuyển động Brown 32 2.6 Xử lý số liệu sai số thí nghiệm 36 2.6.1 Xác định hệ số nhớt nước cất sai số thí nghiệm 36 2.6.2 Xác định quang lực 39 KẾT LUẬN CHUNG 43 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Kìm quang học thiết bị dùng để giữ thao tác đối tượng có kích thước cỡ nanomet micromet (gọi vi hạt) Các đối tượng nghiên cứu hạt điện môi, virút, vi khuẩn, tế bào sống, phân tử sinh học, hạt thủy tinh,… Các vi hạt lại đặt môi trường khác Việc nghiên cứu cấu trúc, tính chất vật lí, hóa học sinh học đối tượng góp phần làm sáng tỏ bí ẩn trình sinh học thể sống, chế tạo vật liệu mới, cung cấp thông tin cho việc chế tạo thuốc [1], giúp hiểu biết thêm tương tác ánh sáng với vật chất nâng cao kĩ thuật phổ đại Nguyên lí hoạt động kìm dựa tạo thành quang lực tác dụng lên hạt vi mô chuyển động trường laser có phân bố cường độ sáng thay theo không gian (thường hội tụ qua thấu kính) Với vi hạt nghiên cứu có kích thước xác định, chiết suất vi hạt môi trường đặt không thay đổi theo cường độ chùm laser, độ lớn quang lực tác dụng lên vi hạt phụ thuộc vào cường độ sáng độ hội tụ nguồn laser Để xác định độ lớn quang lực tác dụng lên vi hạt gặp nhiều khó khăn: Do vi hạt mà ta nghiên cứu có kích thước bé không cách li với môi trường bên ngoài, nên chịu ảnh hưởng hệ xung quanh; quang lực tác dụng lên vi hạt có độ lớn vô nhỏ (chỉ cỡ hàng chục đến hàng trăm pN) Vì cần phải có thiết bị xác, đo độ lớn quang lực, thiết bị kìm quang học Hiện nay, phòng thí nghiệm Quang học - Quang phổ trang bị đầy đủ hệ kìm quang học đại sử dụng chùm laser xung Gauss với độ xác cao Do hệ thiết bị kìm quang học đại phù hợp cho nghiên cứu chuyên sâu, nên gần tác giả Nguyễn Minh Hải [7] xây dựng hệ kìm quang học đơn giản, tự lắp ráp xác định thành công hệ số nhớt nước cất với sai số cỡ 5% Trong phép đo thực nghiệm kìm quang học việc đo quang lực yêu cầu để xác định động học hạt buồng mẫu Tuy nhiên, công trình [7], tác giả dừng lại phép đo độ nhớt chưa xác định quang lực tác dụng lên hạt Để giải hạn chế này, phát triển hệ thiết bị công trình [7] để tiến hành đo độ nhớt từ xác định quang lực nhiều giá trị công suất khác chùm laser bẫy Đó lý do, chọn "Xác định quang lực lên vi hạt kìm quang học" làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Tiến hành thí nghiệm xác định hệ số nhớt nước cất, từ xác định quang lực tác dụng lên hạt Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng - Nghiên cứu hạt silica có kích thước vào cỡ 1,01µm b Phạm vi nghiên cứu - Hệ kìm quang học sử dụng chùm tia laser xung Gauss với hạt có kích thước 1,01µm Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu sở lý thuyết kìm quang học - Sử dụng hệ kìm quang học chùm tia laser xung Gauss, tiến hành thí nghiệm quay video chuyển động hạt bị bẫy, hạt môi trường nước cất ứng với giá trị khác dòng laser bẫy - Từ video chuyển động, phân tích chuyển động hạt để xác định hệ số nhớt nước cất - Xác định độ lớn quang lực tác dụng lên vi hạt Phương pháp nghiên cứu đề tài - Kết hợp phương pháp lý thuyết phương pháp thực nghiệm 53 1.71 1.767 1.824 1.881 1.938 1.995 2.052 2.109 2.166 2.223 2.28 2.337 2.394 2.451 2.508 2.565 2.622 2.679 2.736 2.793 2.85 2.907 2.964 3.021 3.078 3.135 3.192 3.249 3.306 3.363 3.42 3.477 3.534 -159.213 -159.398 -159.818 -160.943 -161.325 -160.035 -158.621 -158.698 -161.28 -161.488 -161.855 -161.501 -160.675 -159.953 -159.407 -158.802 -159.595 -160.596 -162.009 -164.773 -166.815 -163.983 -161.647 -163.227 -164.305 -162.74 -162.308 -163.896 -166.503 -166.388 -167.389 -168.217 -171.084 497.398 498.197 496.628 495.993 494.533 -493.96 492.109 490.832 488.175 488.969 486.777 485.522 483.345 484.834 485.623 485.198 485.788 485.619 483.693 482.984 484.995 483.856 482.161 481.871 481.127 479.366 478.653 479.328 481.372 -480.86 481.568 483.969 484.584 54 3.591 3.648 3.705 3.762 3.819 3.876 3.933 3.99 4.047 4.104 4.161 4.218 4.275 4.332 4.389 4.446 4.503 4.56 4.617 4.674 4.731 4.788 4.845 4.902 4.959 5.016 5.073 5.13 5.187 5.244 5.301 -173.082 -175.623 -173.006 -173.775 -175.162 -175.079 -173.882 -173.276 -171.949 -171.948 -176.397 -178.41 -175.604 -172.537 -170.416 -171.318 -172.882 -171.482 -169.495 -168.14 -168.691 -166.663 -165.231 -165.224 -164.349 -162.936 -162.821 -162.715 -163.417 -163.743 -162.584 484.661 484.696 486.098 485.774 484.356 481.558 481.249 482.558 484.358 483.035 481.602 480.772 481.637 482.084 481.711 480.982 481.766 482.796 481.591 480.395 478.141 -479.84 481.493 481.272 481.875 483.291 484.046 482.294 481.727 480.958 -480.97 55 Phụ lục Bảng 2.2 Bảng số liệu vị trí hạt sau chuyển sang đơn vị độ dài Thời Hạt gian (s) 0.057 0.114 0.171 0.228 0.285 0.342 0.399 0.456 0.513 0.57 0.627 0.684 0.741 0.798 0.855 0.912 x (µm) y (µm) 34.397 34.337 34.122 34.417 34.379 34.192 34.316 34.386 34.608 35.104 35.196 -35.4 35.181 35.158 35.069 34.973 35.083 16.2428 16.0953 15.9456 15.8685 15.6973 15.5212 15.6111 15.4783 15.5214 15.4907 15.1389 15.2428 15.4943 15.5909 15.5991 15.3939 15.3252 Hạt ( r 10 − 12 m 0.0253 0.16394 0.14053 0.29787 0.56273 0.40558 0.58469 0.56517 1.06629 1.85789 2.00668 1.17566 1.00422 0.86706 1.05242 1.31255 ) ( x (µm) y (µm) r 10 −12 m 40.607 40.528 40.194 40.173 39.944 39.743 39.605 39.565 39.316 -39.19 39.109 -39.05 -39.2 39.458 39.578 39.499 39.556 25.081 25.049 25.123 25.012 -24.96 25.335 25.286 24.862 24.853 24.989 25.159 24.935 25.005 25.066 25.089 25.075 25.186 0.00732 0.17274 0.19296 0.45465 0.81164 1.04584 1.13475 1.7178 2.01612 2.25077 2.44563 1.98573 1.32038 1.05868 1.22674 1.11618 ) 56 0.969 1.026 1.083 1.14 1.197 1.254 1.311 1.368 1.425 1.482 1.539 1.596 1.653 1.71 1.767 1.824 1.881 1.938 1.995 2.052 2.109 2.166 2.223 2.28 2.337 2.394 2.451 2.508 2.565 2.622 2.679 2.736 35.285 35.417 35.483 35.247 35.195 35.007 34.929 -35.02 34.938 34.854 34.663 34.823 34.881 34.875 34.645 34.647 34.716 34.911 35.059 34.936 34.931 -34.96 -35.27 35.434 35.404 35.241 35.338 35.396 35.092 34.938 -35.31 35.252 15.2405 15.3118 15.4597 15.5094 15.4258 15.3937 15.383 15.1892 15.1866 15.1942 15.1536 15.2741 15.1123 15.1638 15.0629 14.944 14.9968 14.8622 14.872 14.9445 15.2087 15.2491 14.9438 14.7383 14.6424 14.7216 14.7378 14.5735 14.6359 14.5658 14.5529 14.6483 1.79354 1.90802 1.79328 1.26135 1.30444 1.09362 1.02248 1.49911 1.40875 1.3084 1.25731 1.12011 1.51236 1.39282 1.4537 1.74973 1.65454 2.17137 2.31787 1.9765 1.35513 1.30457 2.45012 3.33965 3.57643 3.02786 3.15206 3.78565 3.06586 3.10541 3.68988 3.27404 -39.61 39.636 39.464 39.359 39.174 38.959 39.013 39.015 -38.92 38.823 38.932 38.953 39.045 39.337 39.363 39.342 39.198 39.271 39.212 39.158 39.308 39.055 38.873 38.923 39.001 39.078 39.272 39.308 39.224 39.067 38.977 39.013 -25.48 25.231 25.303 25.072 24.812 24.755 24.708 25.094 24.991 25.208 25.386 25.142 25.135 -25.14 25.209 25.159 25.174 25.253 25.111 25.256 -25.34 25.449 25.463 25.708 25.602 25.369 25.334 25.722 25.589 25.491 25.616 25.537 1.15376 0.96484 1.35582 1.55696 2.12442 2.82332 2.67928 2.53516 2.85515 3.2005 2.8983 2.74009 2.44429 1.61528 1.56539 1.60613 1.99524 1.81422 1.94836 2.1311 1.7551 2.54297 3.15197 3.23 2.85214 2.42005 1.84654 2.09915 2.17046 2.54114 2.9439 2.74891 57 2.793 2.85 2.907 2.964 3.021 3.078 3.135 3.192 3.249 3.306 3.363 3.42 3.477 3.534 3.591 3.648 3.705 3.762 3.819 3.876 3.933 3.99 4.047 4.104 4.161 4.218 4.275 4.332 4.389 4.446 4.503 4.56 35.071 35.277 35.284 35.187 35.041 35.227 35.283 35.327 35.461 35.232 -35.15 35.021 34.958 35.024 34.905 35.039 35.009 35.007 35.212 35.329 35.394 35.347 35.046 34.951 34.602 34.625 34.689 34.618 34.401 34.363 -34.4 34.363 14.6523 14.4372 14.1507 13.9803 13.7078 13.628 13.6816 13.7194 13.6736 13.5308 13.4185 13.5003 13.662 13.746 13.7989 13.8359 13.6992 13.6836 13.7304 13.9312 14.0241 13.967 13.8481 13.7781 13.5361 13.5261 13.4356 13.2307 13.3607 13.2841 13.1126 13.2892 2.98476 4.03542 5.16386 5.74336 6.84145 7.52622 7.34607 7.23257 7.73337 8.05375 8.54534 7.91108 6.97604 6.62789 6.23114 6.20607 6.84493 6.9221 6.97637 6.21286 5.91849 6.0827 6.15587 6.38211 7.36855 7.43274 7.96577 9.12199 8.30673 8.75497 9.79811 8.72512 39.053 39.094 39.008 38.813 38.926 38.901 -38.98 39.189 39.342 39.609 39.519 39.333 39.343 39.235 39.081 39.111 39.281 39.415 39.243 39.377 39.422 39.297 -39.39 39.621 39.457 39.366 39.459 39.562 39.924 39.975 39.768 39.745 -25.58 25.496 25.512 25.591 25.694 25.625 25.603 25.733 25.802 25.757 25.637 25.734 25.709 25.946 25.816 -26.12 26.005 26.211 26.497 26.507 26.594 26.559 26.917 27.047 26.995 27.024 27.465 27.479 27.379 27.468 27.537 27.267 2.6638 2.46312 2.74167 3.47814 3.20408 3.20551 2.92113 2.43769 2.12157 1.45353 1.49293 2.04988 1.9915 2.63005 2.86829 3.31752 2.61104 2.69632 3.86757 3.54877 3.69335 3.90163 4.85363 4.83913 4.98676 5.31606 7.00301 6.84509 5.74795 6.09878 6.7363 5.52049 58 4.617 4.674 4.731 4.788 4.845 4.902 4.959 5.016 5.073 5.13 5.187 5.244 5.301 34.393 34.694 34.619 -34.75 34.623 34.537 -34.48 34.569 34.289 34.316 34.112 34.039 33.983 Thời 13.2766 13.0771 13.0764 13.117 13.5489 13.6407 13.3787 13.4006 13.5154 13.5483 13.6728 13.4941 13.6276 8.79877 10.1104 10.0757 9.89589 7.30813 6.791 8.21031 8.10816 7.45035 7.26671 6.6862 7.68349 7.01004 39.717 39.498 39.558 39.707 39.448 39.435 39.467 39.635 39.478 39.421 39.488 39.453 39.189 Hạt gian x (µm) y (µm) (s) 31.052 24.603 0.057 31.396 24.613 0.114 31.47 0.171 27.176 27.109 27.135 27.043 26.872 26.843 26.865 26.875 26.884 26.979 26.884 26.741 26.861 5.18006 5.34298 5.32025 4.65877 4.55009 4.47721 4.48262 4.16458 4.52832 5.01147 4.50243 4.08847 5.17939 Hạt ( ) x (µm) y (µm) 19.587 14.093 0.11782 19.372 14.258 0.0733 24.812 0.21771 19.325 14.298 0.1105 31.417 24.768 0.16057 19.278 14.248 0.1194 0.342 31.56 24.314 0.34117 18.997 14.087 0.34795 0.399 31.567 24.198 0.4288 18.843 13.896 0.59159 0.456 31.515 23.946 0.6457 18.897 13.586 0.7329 0.513 31.538 23.968 0.6397 18.864 13.604 0.7609 0.57 31.341 23.922 0.54642 18.432 13.701 1.48722 0.627 31.404 23.861 0.67438 18.413 13.61 1.61222 0.684 31.535 24.01 0.58459 18.72 13.561 1.03589 0.741 31.401 24.146 0.3301 18.834 13.838 0.63157 0.798 31.476 23.775 0.86594 18.607 13.869 1.00982 0.855 31.588 23.651 1.19235 18.46 13.663 1.45418 r 10 − 12 m ( r 10 − 12 m ) 59 0.912 31.538 23.676 1.09501 18.605 13.812 1.04287 0.969 31.42 23.688 0.97212 18.777 13.768 0.76151 1.026 31.82 23.7 1.40521 18.795 13.834 0.69418 1.083 32.043 23.699 1.79821 18.77 13.984 0.68005 1.14 32.213 23.432 2.71819 18.588 13.978 1.01202 1.197 32.206 23.382 2.82045 18.427 14.063 1.34601 1.254 32.314 23.404 3.02908 18.467 14.159 1.25895 1.311 32.424 23.387 3.35943 18.418 14.205 1.38008 1.368 32.404 23.109 4.05742 18.324 14.437 1.71371 1.425 32.451 22.925 4.77296 18.338 14.525 1.7477 1.482 32.623 22.811 5.68013 18.268 14.679 2.08335 1.539 32.506 22.805 5.34638 18.593 14.792 1.47681 1.596 32.414 22.708 5.44615 18.422 14.938 2.07202 1.653 32.409 22.829 4.98685 18.303 14.966 2.4095 1.71 32.465 23.136 4.14729 18.242 15.292 3.24679 1.767 32.192 23.045 3.72658 18.087 15.409 3.98103 1.824 32.284 23.146 3.63979 18.069 15.359 3.90869 1.881 32.62 23.197 4.43512 17.95 15.131 3.75668 1.938 32.582 23.176 4.37678 17.809 15.036 4.04973 1.995 32.604 23.404 3.84282 18.067 15.215 3.57036 2.052 32.375 23.362 3.29113 17.981 15.422 4.34554 2.109 32.203 23.225 3.22408 17.884 15.616 5.22084 2.166 32.344 23.252 3.49496 18.053 15.41 4.08807 2.223 32.347 23.276 3.43736 18.291 15.314 3.16954 2.28 32.1 23.203 3.05702 18.528 15.269 2.50344 2.337 31.921 23.114 2.97086 18.515 15.184 2.33949 2.394 32.209 22.798 4.59792 18.384 15.095 2.45161 2.451 32.233 22.802 4.6363 18.392 15.191 2.63324 2.508 31.943 22.808 4.01621 18.446 15.216 2.5619 2.565 31.924 22.797 4.02151 18.453 15.336 2.83058 60 2.622 31.656 22.717 3.92097 18.466 15.575 3.4531 2.679 31.634 22.753 3.76077 18.439 15.64 3.71023 2.736 31.566 22.787 3.56386 18.691 15.365 2.41999 2.793 31.409 22.587 4.19028 18.816 15.241 1.91154 2.85 31.127 22.538 4.2704 18.872 15.282 1.92495 2.907 31.003 22.756 3.41452 18.726 15.34 2.29612 2.964 30.961 22.82 3.18612 18.885 15.256 1.84445 3.021 30.828 22.777 3.38378 18.703 15.382 2.44271 3.078 30.503 22.79 3.58797 18.63 15.673 3.41259 3.135 30.342 22.986 3.12046 18.846 15.531 2.6165 3.192 30.274 23.061 2.9842 18.856 15.515 2.55628 3.249 30.404 22.909 3.29257 18.69 15.368 2.42938 3.306 30.292 22.89 3.51306 18.553 15.268 2.44952 3.363 30.178 23.006 3.31577 18.435 15.176 2.5007 3.42 30.066 22.931 3.76962 18.213 15.034 2.77499 3.477 30.354 22.695 4.12744 18.02 15.222 3.72881 3.534 30.467 22.698 3.97284 17.688 15.184 4.79605 3.591 30.648 22.669 3.9051 17.47 14.994 5.29219 3.648 30.537 22.575 4.38019 17.556 14.873 4.73186 3.705 30.607 22.619 4.13629 17.693 14.576 3.82033 3.762 30.527 22.585 4.34838 17.451 14.54 4.76195 3.819 30.715 22.527 4.42253 17.263 14.718 5.78988 3.876 30.787 22.566 4.22232 17.191 15.018 6.59472 3.933 30.857 22.741 3.50613 16.991 14.977 7.52078 3.99 30.584 22.948 2.96046 17.097 15.005 7.03373 4.047 30.464 22.62 4.27895 17.018 14.857 7.18213 4.104 30.494 22.549 4.53053 16.843 14.993 8.34013 4.161 30.482 22.622 4.24788 16.774 14.979 8.69949 4.218 30.561 22.546 4.4735 16.566 14.96 9.87869 4.275 30.319 22.515 4.89785 16.359 15.115 11.46387 61 4.332 30.157 22.555 4.99625 16.45 15.111 10.87847 4.389 29.775 22.598 5.65516 16.369 15.171 11.51578 4.446 29.795 22.534 5.86163 16.224 14.95 12.04196 4.503 29.808 22.559 5.72644 16.309 14.855 11.32244 4.56 30.054 22.559 5.17587 16.213 14.975 12.16154 4.617 29.798 22.6 5.58388 16.24 14.834 11.75053 4.674 29.789 22.51 5.97618 16.318 14.93 11.38469 4.731 30.003 22.57 5.23733 16.121 14.974 12.79158 4.788 30.088 22.92 3.76199 16.326 14.997 11.4486 4.845 30.298 23.114 2.78573 16.377 14.933 11.00975 4.902 30.352 23.249 2.32395 16.362 15.133 11.48374 4.959 30.298 22.914 3.42161 16.176 15.192 12.83998 5.016 30.549 22.658 4.03634 16.105 15 12.94643 5.073 30.449 22.614 4.32216 16.059 15.089 13.4364 5.13 30.375 22.284 5.83794 16.085 15.109 13.29286 5.187 30.585 22.187 6.05418 16.145 15.048 12.76221 5.244 30.794 22.08 6.43376 16.056 15.071 13.42465 5.301 30.555 22.202 6.01143 16.076 15.107 13.3533 gian x (µm) Hạt y (µm) x (µm) Hạt y (µm) (s) 0.057 0.114 0.171 0.228 0.285 0.342 0.399 31.769 -31.607 31.461 31.495 31.526 31.762 31.844 31.79 -53.028 53.013 52.985 52.744 52.498 52.309 52.388 -52.452 -49.206 -48.942 -48.754 -48.933 -48.852 -48.613 -48.432 -48.307 6.688 6.462 6.563 6.582 6.667 6.589 6.668 6.849 Thời r (10 − 12 m ) 0.02649 0.09678 0.15598 0.33994 0.51762 0.41482 0.33189 r (10 − 12 m ) 0.1208 0.21988 0.08565 0.12556 0.36135 0.5999 0.835 62 0.456 0.513 0.57 0.627 0.684 0.741 0.798 0.855 0.912 0.969 1.026 1.083 1.14 31.926 31.934 31.966 32.042 32.2 32.322 32.49 32.395 32.491 32.411 32.267 32.182 32.251 52.583 52.753 52.791 52.663 52.746 -52.805 52.78 52.787 53.046 53.344 53.294 53.244 53.323 0.22291 0.10301 0.09487 0.20786 0.26545 0.35583 0.58152 0.4506 0.52225 0.51211 0.31891 0.21715 0.31903 -48.316 -48.553 -48.698 -48.648 -48.665 -48.697 -48.676 -48.652 -48.635 -48.693 -48.858 -48.921 -48.86 6.892 6.885 6.976 7.026 7.122 6.948 7.117 7.313 7.594 7.639 7.563 7.674 7.594 0.83343 0.46519 0.34088 0.42623 0.48131 0.32666 0.46501 0.69759 1.14622 1.16715 0.88715 1.05419 0.94057 1.197 1.254 1.311 1.368 1.425 1.482 1.539 1.596 1.653 1.71 1.767 1.824 1.881 1.938 1.995 2.052 2.109 2.166 32.547 32.905 32.897 32.923 33.074 32.925 33.139 33.448 33.413 33.197 33.2 33.159 33.375 33.304 33.137 33.369 33.626 33.861 53.544 53.452 -53.42 53.442 53.491 53.35 53.34 53.489 53.481 53.357 53.383 53.342 53.364 52.998 52.402 52.134 52.126 51.906 0.87098 1.47041 1.42679 1.50334 1.91824 1.44061 1.97359 3.03059 2.908 2.14664 2.17241 2.0295 2.69313 2.35652 2.26242 3.36019 4.2617 5.63669 -49.175 -49.295 -49.157 -49.169 -49.104 -49.13 49.07 49.206 49.504 49.79 50.076 49.993 50.059 -50.079 50.126 50.13 50.082 49.997 7.324 7.293 7.342 7.35 7.296 7.223 7.154 7.024 6.985 7.019 7.209 7.49 7.446 7.442 7.178 7.016 6.857 6.94 0.40484 0.37334 0.4293 0.43892 0.38018 0.29225 0.23578 0.11291 0.17653 0.45046 1.02769 1.26165 1.30211 1.33027 1.08588 0.96136 0.79603 0.68854 63 2.223 2.28 2.337 2.394 2.451 2.508 2.565 2.622 2.679 2.736 2.793 2.85 33.814 33.403 33.302 33.341 33.282 33.087 32.893 33.051 32.987 32.895 -32.891 32.966 51.759 -51.79 51.686 -51.597 51.652 51.598 51.325 -51.155 51.102 51.332 51.204 51.401 5.79182 4.2035 4.14956 4.519 4.18313 3.78204 4.16387 5.14939 5.19288 4.14495 4.58446 4.08222 50.113 50.455 50.243 50.268 50.417 50.607 50.665 50.66 50.969 51.154 -51.131 51.296 6.826 6.677 6.38 6.383 6.189 6.374 6.442 6.41 6.194 6.074 6.046 6.045 0.84078 1.56054 1.16944 1.22085 1.7146 2.06 2.18876 2.19171 3.35301 4.1698 4.11809 4.78076 2.907 2.964 3.021 3.078 3.135 3.192 3.249 3.306 3.363 3.42 3.477 3.534 3.591 3.648 3.705 3.762 3.819 3.876 3.933 32.696 32.872 33.129 32.914 32.669 32.642 32.562 32.539 32.452 -32.535 32.741 32.782 32.574 32.561 32.804 32.901 32.928 -32.773 32.578 51.611 -51.683 51.859 52.005 52.265 52.375 52.263 52.194 52.287 -52.491 52.609 52.657 52.892 -52.826 52.757 52.844 52.822 52.549 52.386 2.8665 3.02721 3.21443 2.35788 1.39282 1.18804 1.21425 1.2888 1.01503 0.8756 1.1208 1.16421 0.667 0.66813 1.14549 1.31618 1.38552 1.23801 1.06631 51.133 51.251 51.266 51.3 51.422 51.615 51.873 51.714 51.73 51.726 51.78 -51.905 52.131 52.477 52.602 52.592 52.293 52.089 51.771 6.189 6.229 6.325 6.266 6.166 6.189 6.309 6.382 6.397 6.327 6.257 6.331 6.452 6.408 6.441 6.263 6.301 6.428 6.258 3.95985 4.39093 4.37349 4.56126 5.18158 6.05026 7.25583 6.38167 6.45367 6.48183 6.80853 7.41042 8.60919 10.77977 11.59058 11.647 9.67852 8.37546 6.76364 64 3.99 4.047 4.104 4.161 4.218 4.275 4.332 4.389 4.446 4.503 4.56 32.311 -32.152 32.286 32.169 32.139 32.388 32.452 32.574 32.714 32.615 32.684 52.318 52.24 52.103 52.567 -52.814 52.723 52.793 52.918 53.013 52.78 52.478 0.79816 0.76866 1.1224 0.37298 0.18242 0.4768 0.52154 0.65959 0.89334 0.77731 1.13915 51.542 51.675 51.605 -52.118 52.394 52.598 52.544 52.682 -52.782 52.969 52.898 6.273 6.097 5.898 5.619 5.482 5.384 5.552 5.609 5.481 5.657 5.639 5.62668 6.44701 6.37749 9.62213 11.62016 13.20268 12.42958 13.24868 14.24168 15.22261 14.73313 4.617 4.674 4.731 4.788 4.845 4.902 4.959 5.016 5.073 5.13 5.187 5.244 5.301 32.818 33.153 -33.378 33.127 33.282 33.304 33.333 33.37 33.559 33.809 33.958 34.288 34.591 52.516 -52.479 52.675 52.965 53.151 53.329 53.512 53.414 53.316 53.275 53.545 53.48 53.177 1.36249 2.21651 2.71503 1.84776 2.30473 2.44761 2.68061 2.711 3.28512 4.22381 5.05805 6.54749 7.98392 -52.97 52.941 52.845 52.96 52.858 53.01 52.98 53.04 52.939 -53.151 53.123 52.991 53.093 5.51 5.528 5.299 5.113 4.976 5.004 5.113 4.869 4.752 4.645 4.603 4.649 4.893 15.55709 15.29304 15.17121 16.57029 16.26453 17.30453 16.72502 18.01066 17.68757 19.73705 19.69016 18.4871 18.32587 x (µm) Hạt y (µm) r 10 − 12 m -15.7651 15.69176 15.78852 15.60086 51.59484 51.33578 51.14973 51.09651 0.07249 0.19867 0.27531 Thời gian (s) 0.057 0.114 0.171 ( ) 65 0.228 0.285 0.342 0.399 0.456 0.513 0.57 0.627 0.684 0.741 0.798 0.855 0.912 0.969 1.026 1.083 1.14 1.197 1.254 1.311 1.368 1.425 1.482 1.539 1.596 1.653 1.71 1.767 1.824 1.881 1.938 15.92002 16.02193 -15.9853 15.89084 -15.8974 16.02234 16.08304 -16.2277 16.57087 16.56622 16.7459 16.75782 16.65409 16.47391 16.49572 16.42109 16.43088 16.38058 16.36493 16.69116 16.71176 16.37533 16.13192 16.17182 16.27746 16.21626 16.08051 16.0992 16.14162 16.25524 16.29383 51.19205 51.34668 51.23094 -51.2578 51.22801 51.24851 51.04591 50.96208 50.69796 50.75088 50.53242 50.22296 -50.2376 50.13579 50.20862 50.19448 49.97036 49.95167 49.97601 49.90349 49.93662 49.93248 -49.8948 -49.9415 -49.7886 -50.1735 -50.2372 -50.3179 -50.1594 -50.0953 -49.9478 0.18624 0.12755 0.1809 0.12941 0.15207 0.18612 0.40242 0.61437 1.45367 1.35407 2.09072 2.86757 2.63242 2.63124 2.45545 2.39135 3.08223 3.07884 2.98041 3.71826 3.64588 3.13583 3.02467 2.89906 3.52519 2.22385 1.94268 1.74221 2.20218 2.48889 2.99219 66 1.995 2.052 2.109 2.166 2.223 2.28 2.337 2.394 2.451 2.508 2.565 2.622 2.679 2.736 2.793 2.85 2.907 2.964 3.021 3.078 3.135 3.192 3.249 3.306 3.363 3.42 3.477 3.534 3.591 3.648 3.705 16.16354 16.02072 16.0285 -16.2893 16.31029 16.34736 16.3116 16.22818 16.15525 16.10011 16.039 16.1191 16.2202 16.36291 16.64207 16.84832 16.56228 16.32635 16.48593 16.59481 -16.4367 16.39311 16.5535 16.8168 16.80519 16.90629 16.98992 17.27948 17.48128 17.73792 17.47361 -49.89 -49.703 -49.574 -49.3057 -49.3859 -49.1645 -49.0377 -48.8179 -48.9682 -49.0479 -49.005 -49.0646 -49.0475 -48.853 -48.7814 -48.9845 -48.8695 -48.6983 -48.669 -48.5938 -48.416 -48.344 -48.4121 -48.6186 -48.5669 -48.6384 -48.8809 -48.943 -48.9508 -48.9543 -49.0959 3.06537 3.64437 4.15305 5.51505 5.17679 6.2457 6.83753 7.92615 7.05129 6.59902 6.78231 6.52749 6.69597 7.87511 8.68463 7.98728 8.06323 8.70518 9.08032 9.69451 10.55635 10.96267 10.75124 9.96427 10.25047 10.04306 8.86584 9.32573 9.93647 10.86454 9.16374 67 3.762 3.819 3.876 3.933 3.99 4.047 4.104 4.161 4.218 4.275 4.332 4.389 4.446 4.503 4.56 4.617 4.674 4.731 4.788 4.845 4.902 4.959 5.016 5.073 5.13 5.187 5.244 5.301 17.55128 17.69136 17.68298 17.56208 17.50088 17.36685 17.36675 17.8161 -18.0194 17.736 17.42624 17.21202 17.30312 17.46108 17.31968 17.119 -16.9821 17.03779 16.83296 16.68833 16.68762 16.59925 16.45654 16.44492 16.43422 16.50512 16.53804 16.42098 -49.0632 -48.92 -48.6374 -48.6062 -48.7384 -48.9202 -48.7865 -48.6418 -48.558 -48.6453 -48.6905 -48.6528 -48.5792 -48.6584 -48.7624 -48.6407 -48.5199 -48.2922 -48.4638 -48.6308 -48.6085 -48.6694 -48.8124 -48.8887 -48.7117 -48.6544 -48.5768 -48.578 9.59979 10.86553 12.425 12.16145 11.17244 9.71956 10.45189 12.92706 14.30453 12.58407 11.19469 10.74913 11.45972 11.49927 10.4395 10.56006 10.9365 12.52693 10.94351 9.63795 9.76946 9.25417 8.22012 7.78566 8.76026 9.19367 9.70628 9.5317 [...]... sở lý thuyết về kìm quang học Trình bày những vần đề liên quan đến photon, tương tác của photon với vật thể, các chế độ làm vi c của kìm quang học, nguyên lý hoạt động của kìm quang học một chùm tia Chương 2: Xác định quang lực lên vi hạt trong kìm quang học Sử dụng hệ kìm quang học một chùm tia laser xung Gauss Tiến hành thí nghiệm quay video chuyển động của hạt bị bẫy và các hạt trong môi trường... Rayleigh, Mie và Lorentz-Mie Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của kìm quang học sử dụng một chùm tia laser xung Gauss 21 CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC 2.1 Sơ đồ quang học Sơ đồ quang học của kìm quang học sử dụng một chùm laser xung Gauss được mô tả như hình 2.1 dưới đây: Hình 2.1 Sơ đồ quang học của kìm quang học một chùm tia Ánh sáng từ nguồn laser đi qua bộ phận chuẩn trực,... Nguyên lý hoạt động của kìm quang học một chùm tia laser Nguyên lý hoạt động của kìm quang học một chùm tia dựa trên sự tác động của quang lực lên vi hạt có kích thước cỡ nano mét hoặc micro mét [8] Quang lực tác dụng lên hạt được chia thành hai thành phần: lực gradient (vuông góc với phương truyền của chùm tia) và lực tán xạ (dọc theo phương truyền của chùm tia) Đối với kìm quang học sử dụng một chùm... hạt bị bẫy và các hạt trong môi trường nước cất, phân tích video chuyển động của các hạt từ đó xác định được độ nhớt của môi trường chứa hạt mẫu, đó là cơ sở để xác định độ lớn quang lực tác dụng lên vi hạt trong kìm quang học Giải thích kết quả thu được 4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Photon ánh sáng Ánh sáng bao gồm các hạt gọi là photon Một photon có khối lượng tĩnh bằng không,... trọng, cần lưu ý trong quá trình thiết kế kìm quang học Một kìm quang học hoạt động ổn định cần có lực gradient, lực này phải lớn hơn lực tán xạ Lực này phụ thuộc nhiều vào khẩu độ số NA của vật kính Do đó có thể điều chỉnh lực gradient bằng cách chỉnh khẩu độ số của vật kính Kính vật phù hợp nhất cho kìm quang học phải có khẩu độ số nằm trong khoảng 1,2 đến 1,4 Vật kính giúp ta quan sát các hạt có kích... sự xuất hiện một lực tác dụng lên vật, lực đó gọi là quang lực, đây chính là cơ sở cho vi c thiết kế và chế tạo kìm quang học Độ lớn của quang lực phụ thuộc vào công suất của nguồn laser, tỷ số chiết suất của hạt so với chiết suất của môi trường và đặc biệt phụ thuộc vào kích thước của hạt so với bước sóng ánh sáng, chính vì vậy mà người ta chia ra các chế độ làm vi c của kìm quang học: Chế độ Rayleigh,... được tương tác giữa chùm laser xung Gauss trong bẫy quang học với hạt Để lập luận, tính toán và tìm được biểu thức độ lớn của quang lực tác dụng lên hạt chúng ta phải sử dụng lý thuyết trường điện từ Vi c tính toán tìm độ biến thiên động lượng của photon khi truyền qua hạt để xác định lực gradient và lực tán xạ rất phức tạp Kết quả cho thấy vi c bẫy hạt có kích 18 thước bằng bước sóng ánh sáng vẫn rất... tìm ra 10 nhờ định luật Newton: → d p, F= dt → (1.22) → trong đó d p là độ thay đổi động lượng của bề mặt, 1 / dt là số photon tới bề mặt trong một đơn vị thời gian Lực tổng hợp tác dụng lên đối tượng được tính với mọi photon tới tác dụng lên nó Lực này được chia thành hai thành phần: lực gradient (lực vuông góc với chùm tia), lực tán xạ (lực dọc theo chùm tia) Lực gradient tác dụng lên hạt hướng về... gradient theo phương ngang cường độ cũng được tăng cường Hơn nữa để bẩy được hạt thì lực của bẫy quang học theo các trục khác nhau phải vượt qua lực gây nên chuyển động Brown Sơ đồ cấu trúc kìm quang học một chùm tia laser được mô tả trong hình 1.6 19 Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc kìm quang học một chùm tia laser 20 Kết luận chương 1 Trong chương này chúng tôi đã trình bày về photon ánh sáng: Khi photon ánh... chế độ làm vi c của kìm quang học 1.3.1 Chế độ Rayleigh Trong giới hạn gần đúng Rayleigh, kích thước d (có thể xem như là đường kính) của hạt bé hơn rất nhiều so với bước sóng ánh sáng (10d < λ) [3] Khi đó ta xem hạt như một lưỡng cực điện (gồm hai điện tích điểm ±q) nằm trong một trường điện từ không đồng nhất như Hình 1.4 Lực điện từ tác dụng lên mỗi điện tích là lực Lorentz được xác định là: r r ... làm vi c kìm quang học: Chế độ Rayleigh, Mie Lorentz-Mie Tìm hiểu nguyên lý hoạt động kìm quang học sử dụng chùm tia laser xung Gauss 21 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC... kìm quang học Trình bày vần đề liên quan đến photon, tương tác photon với vật thể, chế độ làm vi c kìm quang học, nguyên lý hoạt động kìm quang học chùm tia Chương 2: Xác định quang lực lên vi. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH _ LÊ THỊ DUNG XÁC ĐỊNH QUANG LỰC LÊN VI HẠT TRONG KÌM QUANG HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS