Phân bố quang lực tán xạ trong bẫy quang học một chùm Hollow Gauss

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐÀM VĂN HIỆP PHÂN BỐ QUANG LỰC TÁN XẠ TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW - GAUSS LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ ii NGHỆ AN, 5-2015 iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐÀM VĂN HIỆP PHÂN BỐ QUANG LỰC TÁN XẠ TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW - GAUSS Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS Mai Văn Lưu NGHỆ AN, 5-2015 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập nghiên cứu luận văn nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình nhiều tập thể nhiều cá nhân Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy cô giáo chuyên ngành quang học trường Đại học Vinh, người trực tiếp tham gia giảng dạy trình học tập nghiên cứu Cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý Công nghệ, Phòng Đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu trường Đại học Vinh Xin chân thành cảm ơn tập thể lớp Cao học 21 chuyên ngành Quang học sở đào tạo trường Đại học Vinh, gia đình người thân giúp đỡ, động viên trình làm luận văn Đặc biệt xin đươc chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Mai Văn Lưu, người định hướng cho đề tài giúp đỡ tận tình suốt trình làm luận văn Với tình cảm trân trọng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giúp đỡ quý báu Tác giả luận văn Đàm Văn Hiệp ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV MỞ ĐẦU CHƯƠNG BẪY QUANG HỌC 1.1 PHOTON 1.2 NĂNG LƯỢNG VÀ XUNG LƯỢNG CỦA PHOTON 1.3 QUANG LỰC TÁC ĐỘNG LÊN HẠT VI MÔ 1.3.1 Áp suất xạ lên vật thể .7 1.3.2 Quang lực tác dụng lên hạt vi mô .10 1.3.3 Quang lực tác dụng lên hạt vật chất chế độ Rayleigh .13 1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BẪY QUANG HỌC 16 1.5 ỨNG DỤNG CỦA BẪY QUANG HỌC .18 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG 22 PHÂN BỐ QUANGLỰC TÁN XẠ TRONG 22 BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW – GAUSS 22 2.1 SƠ ĐỒ BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM TIA .22 2.2 BIỂU THỨC MÔ TẢ CƯỜNG ĐỘ CHÙM HOLLOW - GAUSS 23 2.3 PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA HOLLOW - GAUSS TRONG BẪY QUANG HỌC 25 2.4 PHÂN BỐ QUANG LỰC TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW - GAUSS 27 2.4.1 Phương trình mô tả quang lực .27 2.4.2 Phân bố quang lực tán xạ Fscat 29 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33 KẾT LUẬN CHUNG 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị c Vận tốc ánh sáng chân không m/s λ h Bước sóng chùm laser Hằng số Planck µm J.s iii  ν k n1 n2 a β α α0 Hằng số Planck rút gọn Tần số sóng Số sóng Chiết suất hạt Chiết suất môi trường xung quanh Bán kính hạt Hệ số hấp thụ lần Góc tạo chùm tia trục Hằng số đại diện cho hiệu số điện môi hạt J.s Hz 1/s µm Độ E0 môi trường xung quanh Hệ số phân cực hạt hình cầu chế độ Rayleigh Khoảng cách hai đỉnh xung Véc tơ cường độ điện trường Năng lượng tổng chùm tia mm V/m J ε0 Độ điện thẩm chân không F/m Lực photon Lực tán xạ pN pN Lực gradient pN Lực Lorentz pN Thành phần lực biến đổi từ trường Hàm Haminton Độ từ thẩm chân không Công suất bơm Véc tơ momen lưỡng cực Độ lớn động lượng hạt Công suất lượng đầu vào Toạ độ xuyên tâm Véc tơ đơn vị theo hướng xuyên tâm Bán kính tiết diện thắt chùm Bán kính tiết diện thắt chùm mặt phẳng z = Véc tơ đơn vị dọc theo hướng truyền chùm tia z Véc tơ cảm ứng từ pN σ D r E r F r Fscat r Fgrad r Fp r Ft H µ0 Pp r pl pd P0 ρ ur ρ W W0 r z r B H/m w Kg.m/s w mm µm µm T iv hν U σ ik S E0 χ Ω ∇ Φ f ADP ATP AND SNNM Năng lượng trung bình photon bơm Năng lượng chùm Gauss laser Ten sơ lực căng Độ lớn Spin photon Biên độ cường độ điện trường Độ cảm điện môi Tần số Rabi Toán tử Napla Biên độ phức chùm ánh sáng Tiêu cự thấu kính (Adenosine di phosphate) nucleotide (ađênôzin triphôtphat) phân tử có cấu tạo gồm J J V/m mm thành phần: ađênin, đường ribôzơ nhóm phôtphat (Axit Deoxyribo Nucleic) phân tử acid nucleic mang thông tin di truyền (Strongly Nonlocal Nonlinear Media) Môi trường truyền phi tuyến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN I DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV MỞ ĐẦU CHƯƠNG BẪY QUANG HỌC 1.1 PHOTON 1.2 NĂNG LƯỢNG VÀ XUNG LƯỢNG CỦA PHOTON 1.3 QUANG LỰC TÁC ĐỘNG LÊN HẠT VI MÔ 1.3.1 Áp suất xạ lên vật thể .7 1.3.2 Quang lực tác dụng lên hạt vi mô .10 1.3.3 Quang lực tác dụng lên hạt vật chất chế độ Rayleigh .13 1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BẪY QUANG HỌC 16 1.5 ỨNG DỤNG CỦA BẪY QUANG HỌC .18 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG 22 PHÂN BỐ QUANGLỰC TÁN XẠ TRONG 22 BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW – GAUSS 22 v 2.1 SƠ ĐỒ BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM TIA .22 2.2 BIỂU THỨC MÔ TẢ CƯỜNG ĐỘ CHÙM HOLLOW - GAUSS 23 2.3 PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA HOLLOW - GAUSS TRONG BẪY QUANG HỌC 25 2.4 PHÂN BỐ QUANG LỰC TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW - GAUSS 27 2.4.1 Phương trình mô tả quang lực .27 2.4.2 Phân bố quang lực tán xạ Fscat 29 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33 KẾT LUẬN CHUNG 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 MỞ ĐẦU Từ laser đời đến ứng dụng nhiều vào sống, khoa học công nghệ Một ứng dụng quan trọng laser "sử dụng laser để làm lạnh, hay làm chậm vận tốc chuyển động nhiệt hạt vi mô", nhằm mục đính nghiên cứu tính chất lý hóa hạt vi mô Phương pháp gọi bẫy quang học Trong trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, khía cạnh cần quan tâm mode laser Những bước sóng ánh sáng mặt thắt chùm tia,… phải phù hợp với đặc trưng hạt hệ số hấp thụ, kích thước hạt, … Hầu hết hạt cỡ nm, µm, nguyên tử tế bào sinh vật bị mắc bẫy.Các nhà khoa học giới thuộc lĩnh vực như: dược, sinh học, vật lí hạt nhân, lượng,… sử dụng ứng dụng khác bẫy quang học để giữ thao tác hạt vi mô Đến có nhiều công trình nước nghiên cứu bẫy quang học [2,4,5], cụ thể: cách tính quang lực tác động lên hạt liên quan trực tiếp đến chế độ, kích thước hạt nhỏ a < λ (chế độ Rayleigh) hay lớn a ≥ λ bước sóng laser (chế độ quang hình-Mie) Đối với chế độ Rayleigh, quang lực tác động hạt có hai loại: quang lực gradient theo chiều thay đổi cường độ ( ∇I ≠ ) lực tán xạ tỉ lệ thuận cường độ I , lực xuất tỉ số chiết suất hạt (n1)và chiết suất môi trường xung quanh (n2) khác không Lực tán xạ luôn chiều với chiều lan truyền ánh sáng Còn hai lực gradient: theo chiều truyền lan ánh sáng- lực gradient dọc theo bán kính hướng tâm tiết diện n ngang-lực gradient ngang, có hướng phụ thuộc vào giá trịcủa m = n Như vậy, lực tán xạ tác dụng giam giữ hạt Lực gradient giam giữ hạt lực có xu hướng kéo hạt từ vùng có cường độ yếu vào vùng có cường độ mạnh m > kéo hạt từ vùng có cường độ mạnh vào vùng có cường độ yếu m ) điểm xác định đó, phân bố cường độ chùm tia phải có đỉnh điểm chọn (ví dụ phân bố Gauss phân bố tam giác ) - Muốn giữ hạt có chiết suất nhỏ chiết suất môi trường ( m < ) phải sử dụng chùm tia có cường độ phân bố lõm, tức cực tiểu điểm cho, hạt có xu hướng chuyển động phía cường độ cực tiểu Tiêu biểu cho phân bố phân bố Hollow -Gauss Phân bố sử dụng để bẫy hạt có chiết suất nhỏ chiết suất môi trường Đến nay, có nhiều nghiên cứu bẫy quang học mà chiết suất hạt lớn chiết suất môi trường (tức trường hợp m < (chiết m > ) Tuy nhiên, suất hạt nhỏ chiết suất môi trường) vấn đề chưa đề cập nhiều Do đó, khuôn khổ luận văn tốt nghiệp lựa chọn đề tài “Phân bố quang lực tán xạ bẫy quang học chùm Hollow - Gauss”.Với lý đó, luận văn tập trung nghiên cứu phân bố ảnh hưởng số tham số đến giá trị quang lực tán xạ bẫy quang học Với nội dung nghiên cứu trên, nội dung luận văn trình bày hai chương: Chương Bẫy quang học Chương trình bày khái niệm photon, lượng xung lượng photon, quang lực tác dụng lên hạt vi mô, nghiên cứu áp suất xạ lên vật thể, chất hình thành quang lực tác động lên hạt vi mô Trên sở đó, trình bày quang lực tác dụng lên hạt chế độ Rayleigh Chương Phân bố quang lực tán xạ bẫy quang học chùm Hollow – Gauss 23 - Chùm Hollow - Gauss sau qua thấu kính L3 tạo thành chùm tia song song truyền đến gương lưỡng sắc M1 Ánh sáng laser phản xạ gương M1 truyền đến vật kính L2, sau hội tụ giá đỡ mẫu P (giá đỡ mẫu dùng để điều chỉnh tiêu mẫu, hạt mẫu thả chất lỏng đựng giá đỡ mẫu) - Việc quan sát mặt phẳng mẫu thực nhờ nguồn sáng khác (LED) Ánh sáng từ đèn LED qua thấu kính L1, hội tụ mẫu P, qua gương lưỡng sắc M1 sau phản xạ gương M2 hội tụ camera CCD Để tăng độ nét ảnh tránh phá hủy tế bào nhạy quang camera xạ laser ta sử dụng lọc ánh sáng - cho ánh sáng đèn LED vào camera Hệ thống kết nối máy tính để quan sát vị trí mẫu hình ghi lại hình ảnh hạt bị bẫy 2.2 Biểu thức mô tả cường độ chùm Hollow - Gauss Chùm laser Gauss chùm tia mode (TEM 00) buồng cộng hưởng có dạng Gauss Từ tìm ra, chùm Gauss ứng dụng rộng rãi khoa học công nghệ, có ứng dụng bẫy quang học nhằm mục đích nghiên cứu tính chất thao tác hạt vi mô Trong bẫy laser, chùm Gauss sử dụng để bẫy hạt có chiết suất lớn chiết suất môi trường xung quanh (n1>n2) Nhưng hạt có chiết suất nhỏ chiết suất môi trường xung quanh (n11 sử dụng chùm laser phân bố Gauss - Muốn bẫy hạt có chiết suất nhỏ chiết suất môi trường ( m < 1) , đặt vấn đề trên, phải sử dụng chùm tia có cường độ phân bố lõm, tức cực tiểu điểm cho (phân bố Hollow - Gauss) Trong trường hợp hạt bị bẫy “vùng Hollow - Gauss” hình 2.5b 30 Chọn giá trị tham số: λ = 1064nm , m = n1 / n2 = 1.1 / 1.332 (hạt thuỷ tinh pha tạp hình cầu nhỏ nằm môi trường nước), w0 = 1µ m , a = 5nm , n=1.5, α = 50 , D = 150mm, f = 800mm cố định cường độ chùm tia vào I = 1µW / µm [1,5] Từ (2.7) (2.8) khảo sát phân bố quang lực tán xạ tác dụng lên hạt điện môi có kích thước cỡ nano Fscat (pN) (a) Fscat (pN) (d) Fscat (pN) (b) Fscat (pN) (e) Fscat (pN) (c) Fscat (pN) (f) Hình 2.6 Phân bố quang lực tán xạ điểm khác tiết diện ngang: (a ) x = 1w0 ; (b) x = 3w0 ; (c ) x = 5w0 ; ( d ) x = w0 ; (e) x = w0 ; ( f ) x = 1w0 , x = 6w0 Ta thấy xa trục chùm tia độ lớn quang lực tán xạ điểm mặt phẳng ngang giảm mức giảm không nhiều Điều nghĩa là, xa trục ảnh hưởng lực tán xạ đến độ ổn định bẫy giảm Hay nói cách khác, cách xa trục chùm tia ảnh hưởng 31 lực tán xạ lên hạt mẫu môi trường giảm (tăng độ ổn định vị trí hạt mẫu bẫy) Cũng từ hình 2.6, xa trục chiều rộng hố lõm phân bố quang lực tán xạ giảm rõ rệt đỉnh cực tiểu phân bố quang lực tán xạ có xu tăng dần Đặc biệt, khoảng cách hai đỉnh cực đại phân bố có xu giảm dần xa trục, điều trực quan hóa hình 2.6f cho trường hợp x = 1w0 , x = 6w0 Mặt khác, vị trí trục, phân bố Hollow - Gauss bị phá vỡ, lúc phân bố có dạng Gauss (hình 2.6e) Nghĩa là, vị trí bẫy quang học giam giữ hạt có chiết suất lớn chiết suất môi trường ( m > ) trình bày Tuy nhiên, giá trị quang lực trường hợp lại giảm đáng kể (độ lớn quang lực khoảng 0.018pN), việc bẫy hạt có chiết suất lớn chiết suất môi trường khó khăn Khảo sát ảnh hưởng bán kính mặt thắt chùm tia lên giá trị quang lực tán xạ, kết mô tả hình 2.7 Fscat (pN) w (µm) Hình 2.7 Độ lớn quang lực tán xạ phụ thuộc bán kính mặt thắt chùm tia Từ kết ta thấy giá trị quang lực tán xạ tăng dần tăng nhanh w0 ≈ (2 ÷ 10) µ m Tuy nhiên, sau giá trị quang lực tán xạ tăng 32 chậm dần ổn định theo chiều tăng bán kính mặt thắt (hình 2.7) Điều chứng tỏ, trường hợp bẫy quang học đạt hiệu cao sử dụng chùm tia có bán kính mặt thắt nhỏ w0 ≈ (1 ÷ 2) µ m , nghĩa là: bán kính mặt thắt nhỏ, giá trị quang lực tán xạ nhỏ đó, hạt mẫu ổn định môi trường, lúc thành phần quang lực tán xạ ảnh hưởng đến độ ổn định hạt mẫu Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách D (khoảng cách từ axicon đến thấu kính hội tụ f) đến độ lớn quang lực tán xạ (xem hình 2.8) Từ kết mô ta thấy, độ lớn quang lực tán xạ tăng dần đạt giá trị cực đại D ≈ 120mm Ta thấy, với giá trị D < 100mm , giá trị quang lực tán xạ nhỏ, điều có lợi cho trình bẫy hạt vi mô Vì nói trên, thành phần quang lực tán xạ không đóng vai trò giữ hạt mà yếu tố ảnh hưởng không tốt đến độ ổn định vị trí hạt mẫu bẫy Ở khoảng cách D > 120mm độ lớn quang lực có xu hướng giảm dần r Fscat (pN) D(mm) Hình 2.8 Độ lớn quang lực tán xạ phụ thuộc khoảng cách D Khảo sát ảnh hưởng tiêu cự thấu kính đến độ lớn quang lực tán xạ, kết hình 2.9 Từ hình vẽ ta thấy giá trị quang lực tăng tán xạ dần 33 đạt cực đại f có giá trị khoảng f = (100 ÷ 800)mm Như vậy, tương tự trên, muốn giá trị quang lực tán xạ nhỏ (ít ảnh hưởng đến độ ổn định vị trí hạt mẫu) tiêu cự thấu kính nên chọn khoảng f < 100mm r Fscat (pN) (mm) Hình 2.9 Độ lớn quang lực tán xạ phụ thuộc tiêu cự thấu kính f Rõ ràng, từ việc khảo sát ảnh hưởng số tham số hệ quang đến độ lớn quang lực tán xạ, tìm tham số (w0 < 2µm, D < 100µm f < 100µm) cho giá trị quang lực tán xạ nhỏ (hạn chế ảnh hưởng không tốt quang lực tán xạ đến độ ổn định vị trí hạt mẫu) Điều có ý nghĩa thực tiễn việc chế tạo bẫy quang học sử dụng chùm Hollow - Gauss 2.5 Kết luận chương Trong chương trình bày lý thuyết bẫy hạt có chiết suất hạt nhỏ chiết suất môi trường, muốn phải dùng chùm có phân bố “lõm” Một chùm Hollow Gauss Có nhiều phương pháp để tạo chùm Hollow - Gauss 34 giới thiệu phương pháp sử dụng chùm Gauss kết hợp với hệ quang học[1] Từ việc dẫn biểu thức giải tích, phương pháp số mô phân bố cường độ chùm tia Thông qua biểu thức mô tả thành phần quang lực tán xạ tác dụng lên hạt cầu vi mô mô phân bố quang lực bẫy quang học Khảo sát ảnh hưởng bán kính mặt thắt chùm tia, vài tham số hệ quang đến giá trị quang lực tán xạ định hướng giá trị tham số ( w0 < µ m, D < 100mm, f < 100mm ) mà với giá trị tham số đó, giá trị quang lực nhỏ nhằm hạn chế ảnh hưởng không tốt quang lục tán xạ đến độ ổn định bẫy quang học 35 KẾT LUẬN CHUNG Trên sở nghiên cứu tương tác photon với vật chất, nghiên cứu nguyên lý hoạt động bẫy quang học, luận văn giới thiệu cấu hình bẫy quang học sử dụng chùm tia laser Khi hạt vi mô có chiết suất lớn chiết suất môi trường, muốn bẫy hạt phải sử dụng chùm laser có phân bố dạng Gauss Trong trường hợp ngược lại, tức chiết suất hạt nhỏ chiết suất môi trường phải sử dụng chùm laser có phân bố lõm, điển hình cho phân bố kiểu chùm Hollow - Gauss Có nhiều phương pháp để tạo chùm Hollow- Gauss, luận văn giới thiệu số phương pháp Trên sở dẫn biểu thức giải tích mô tả cường độ chùm tia, luận văn khảo sát phân bố cường độ chùm tia Hollow - Gaus Kết khảo sát cho thấy, bán kính mặt thắt chùm tia tăng chiều rộng hố lõm đường cong phân bố giảm, khoảng cách hai đỉnh cực đại phân bố không đổi Trên sở khảo sát phân bố cường độ, khảo sát phân bố thành phần quang lực tán xạ tác dụng lên hạt vi mô bẫy quang học chùm Hollow- Gaus Từ kết nghiên cứu cho thấy xa trục chùm tia độ lớn quang lực mặt phẳng ngang giảm, khoảng cách hai đỉnh cực đại phân bố có xu giảm dần xa trục, nghĩa vùng bẫy hạt bị thu hẹp Thông qua việc khảo sát ảnh hưởng tham số hệ quang lên độ lớn quang lực, định hướng giá trị tham số cho quang lực đạt giá trị cực đại Điều có ý nghĩa thực tiễn trình bẫy hạt vi mô 36 Trong luận văn dừng lại việc khảo sát phân bố ảnh hưởng tham số đến thành phần quang lực tán xạ bẫy quang học Vấn đề đặt là, thành phần quang lực gradient (một yếu tố ảnh hưởng không nhỏ đến trình bẫy hạt) nào, độ ổn định bẫy Kết nghiên cứu luận văn nghiên cứu bước đầu bẫy quang học sử dụng chùm tia Hollow - Gauss, vấn đề đặt định hướng nghiên cứu đề tài 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Mạnh An, Creating of a Hollow – Gaussian beam using optical matrix, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, số 30, 2014, trang 86-90 [2] Mai Văn Lưu, Một số ảnh hưởng chùm laser xung Gauss lên tŕnh phân bố môi trường bị kích thích, Luận án Tiến sĩ Vật lí, Vinh 2010 [3] Bùi Bá Xuân, Phân bố cường độ quang bẫy quang học chùm hollow - Gauss, Luận văn Thạc sĩ Vật lí, Đại học Vinh, 2014 [4] Hồ Quang Quý, Đoàn Hoài Sơn, Chu Văn Lanh, Nhập môn bẫy quang học Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2011 [5] Cheng-Liang Zhao, Li-Gang Wang, Xuan-Hui Lu, Radiation forces on a dielectric sphere produced by highly focucsed hollow Gausian beam, Physics Letters A 363 (2007) 502-506 [6] A Shevchenko, S.C Buchter, N.V Tabiryan, M kaivola, Creation of a Hollow laser beam, using refractive conical lenses, Opt Commun 232 (2004), 77-82 [7] M de Angelis, L Cacciapuoti, G Pierattini, G M Timo, Axially stmmetric Hollow beam, using refractive conical lenses,Opt And Laser Engineering 39 (2003) 283-291 [8] I Gerdova, X Zhang, A Hache, Optically tunableHollow beam using thin metal films, Proc Of SPIE Vol 6343 63432B-1 [9] Y.Z Jun, L.D Quan, H Wei, Z.Y Zhou, G.X Hui, Hollow Gaussian beams in strongly nonlocal nonlinear media, Chin Phys B Vol 19, No 12 (2010) 124212 [10] C Zheng, Frational Fourier transform for a Hollow Gaussian beam, Physics Letters A 355 (2006) 156-161 [...]... trình bày trong nội dung chương 2 của luận văn 22 Chương 2 PHÂN BỐ QUANGLỰC TÁN XẠ TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW – GAUSS 2.1 Sơ đồ bẫy quang học một chùm tia Bẫy quang học sử dụng một chùm tia Hollow- Gaus có sơ đồ quang học như hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ quang học của bẫy quang học một chùm Hollow - Gauss - Việc tạo ra chùm Hollow - Gauss từ chùm Gauss bằng cách cho ánh sáng laser phân bố Gauss từ... cho w0 =3µm 2.4 Phân bố quang lực trong bẫy quang học một chùm Hollow - Gauss 2.4.1 Phương trình mô tả quang lực Một bẫy quang học được tạo bởi chùm laser hội tụ mạnh bằng một thấu kính có khẩu độ số NA lớn Một hạt điện môi (dielectric microsphere) nằm gần tiêu điểm sẽ chịu tác động của một lực sinh ra trong quá trình biến đổi xung lượng do sự tán xạ của các photon chiếu tới Lực quang học này thông thường... nguyên lý hoạt động của bẫy quang học Và do đó, chúng tôi giới thiệu cấu hình bẫy quang học sử dụng một hoặc hai chùm tia Các chùm tia sử dụng trong bẫy quang học có thể là Gauss hoặc Hollow - Gauss, điều này phụ thuộc vào chiết suất của hạt vi mô cần bẫy và môi trường chứa hạt Thông qua các biểu thức mô tả các thành phần quang lực, chúng tôi mô phỏng phân bố quang lực trong bẫy quang học Những nội dung... phần quang lực tán xạ tác dụng lên hạt cầu vi mô luận văn mô phỏng phân bố quang lực này trong bẫy quang học, từ đó định hướng bộ giá trị của các tham số nhằm hạn chế ảnh hưởng không tốt của quang lục tán xạ đến độ ổn định của bẫy quang học 4 Chương 1 BẪY QUANG HỌC 1.1 Photon Photon là hạt phi khối lượng, không có điện tích, và không bị phân rã tự phát trong chân không Một photon có hai trạng thái phân. .. sinh ra trong quá trình biến đổi xung lượng do sự tán xạ của các photon chiếu tới Thông thường, lực quang học này có hai thành phần: quang lực tán xạ và quang lực gradient Biểu thức mô tả và phân bố các thành phần quang lực trong bẫy quang học như thế nào, chúng tôi sẽ được trình bày sau đây 2 I (µW/µm ) w0 (µm) Hình 2.4 Phân bố cường độ chùm tia Hollow - Gauss trên tiết diện ngang: nét liền (màu đỏ) cho... Gauss từ chùm laser phân bố Gauss và hệ quang học [1] Việc tạo ra chùm Hollow - Gauss từ chùm Gauss và hệ quang học được mô tả như hình 2.2 Trong hình 2.2, axicon có chiết suất n, góc chiết quang α nhỏ được đặt cách một thấu kính mỏng có tiêu cự f một khoảng D Một nguồn sóng liên tục chiếu chuẩn trực đến hệ với phân bố cường độ được cho bởi hàm Gauss:  ρ2  I ( ρ ) = I 0 exp  − 2 ÷  w0  (2.1) trong. .. Những khái niệm trên cho chúng ta hiểu về bẫy quang học và lực sinh ra do bẫy làm cho hạt chuyển động đến một điểm trong không gian ba chiều như thế nào Hơn nữa, lực của bẫy quang học theo các trục khác nhau phải vượt qua lực gây nên chuyển động Brown - chuyển động ngẫu nhiên của hạt vật chất trong môi trường chất lưu 1.5 Ứng dụng của bẫy quang học Bẫy quang học là một hệ thống thao tác vi mô và tạo dựng... thể bẫy được hạt, cần sử dụng đến lực gradient gây ra bởi sự phân bố không đều theo không gian của cường độ chùm tia laser 1.3.2 Quang lực tác dụng lên hạt vi mô Quang lực tác dụng lên hạt vi mô đó là Lực gradient, Lực gradient liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua bề mặt của vật, có hai loại lực gradient đó là quang lực gradient dọc và quang lực gradient ngang Hình 1.4 Quang trình khúc xạ của... phần nhỏ - Trong y học, bẫy quang học được dùng trong việc thụ tinh trong ống nghiệm, sử dụng để chữa bệnh vô sinh Một tia laser cực tím được dùng để cắt một lỗ ở vỏ ngoài của trứng và dời tinh trùng đến đầu của trứng Rồi trực tiếp dùng bẫy quang học để đặt tinh trùng vào trong trứng, do đó tăng cơ hội thụ tinh Một khả năng khác nữa của bẫy quang học là giúp các phần tử vô tính lớn lên Một phần tử... động của bẫy quang học Bẫy quang học là thiết bị sử dụng ánh sáng để bẫy và điều khiển các hạt có kích thước nano, phục vụ nghiên cứu trên các lĩnh vực như: dược, sinh học, vật lí hạt nhân, năng lượng,… Dưới tác dụng của chùm tia hội tụ, một hạt đi qua miền không gian tiêu điểm sẽ đồng thời chịu tác dụng của hai thành phần quang lực: lực gradient và lực tán xạ Lực gradient bao gồm hai thành phần: một theo ... Chương PHÂN BỐ QUANGLỰC TÁN XẠ TRONG BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM HOLLOW – GAUSS 2.1 Sơ đồ bẫy quang học chùm tia Bẫy quang học sử dụng chùm tia Hollow- Gaus có sơ đồ quang học hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ quang. .. chọn đề tài Phân bố quang lực tán xạ bẫy quang học chùm Hollow - Gauss .Với lý đó, luận văn tập trung nghiên cứu phân bố ảnh hưởng số tham số đến giá trị quang lực tán xạ bẫy quang học Với nội... ĐỒ BẪY QUANG HỌC MỘT CHÙM TIA .22 2.2 BIỂU THỨC MÔ TẢ CƯỜNG ĐỘ CHÙM HOLLOW - GAUSS 23 2.3 PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ CHÙM TIA HOLLOW - GAUSS TRONG BẪY QUANG HỌC 25 2.4 PHÂN BỐ