Khảo sát quang lực tác động lên vi cầu nhúng trong chất lưu nhiễu loạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BÙI THÁI CƯỜNG KHẢO SÁT QUANG LỰC TÁC ĐỘNG LÊN VI CẦU NHÚNG TRONG CHẤT LƯU NHIỄU LOẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Nghệ An, năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BÙI THÁI CƯỜNG KHẢO SÁT QUANG LỰC TÁC ĐỘNG LÊN VI CẦU NHÚNG TRONG CHẤT LƯU NHIỄU LOẠN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒ QUANG QUÝ Nghệ An, năm 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học hoàn thành trường Đại học Vinh.Có luận văn tốt nghiệp này, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới trường Đại học Vinh, khoa vật lí trường Đại học Vinh, phòng đào tạo sau đại học, đặc biệt PGS.TS Hồ Quang Qúy trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ với dẩn khoa học quý giá suốt trình triển khai, nghiên cứu hoàn thành đề tài “khảo sát quang lực tác động lên vi cầu nhúng chất lưu nhiễu loạn” Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo - nhà khoa học trực tiếp giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học chuyên ngành quang học cho thân năm tháng qua Xin gửi tới thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp trường THPT Diễn Châu lời cảm ơn sâu sắc tạo điều kiện thuận lợi giúp đở trình học tập, nghiên cứu khoa học trường Đại học Vinh Xin ghi nhận công sức đóng góp quý báu bạn học viên lớp cao học quang học khóa 21 đóng góp ý kiến giúp đở trình hoàn thành luận văn Một lần nửa xin chân thành cảm ơn đơn vị cá nhân hết lòng quan tâm giúp đở Tôi mong nhận đóng góp, phê bình quý thầy cô, nhà khoa học, độc giả bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang Nghệ An, năm 2015 Nghệ An, năm 2015 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vào năm 1619, nhà khoa học người Đức, Johannes Kepler (15711630), giải thích hình thành đuôi chổi áp lực ánh sáng mặt trời Đến năm 1871, lý thuyết, Maxwell xung lượng ánh sáng tạo áp lực mặt tiếp xúc với vật thể [7] Sau này, gọi “áp suất xạ” có giá trị nhỏ (cỡ 10 –6 Pa), P N Lebedev đo lần năm 1899 Tác động áp lực lên hạt nhỏ vũ trụ tương đương lực hấp dẫn đóng vai trò quan trọng việc hình thành đuôi chổi, điều mà Kepler dự đoán trước lâu Sau laser đời, cường độ chùm ánh sáng (cường độ dòng photon) tăng cường áp lực xạ lớn lên nhiều, nhờ đó, năm 1971, Ashkin tìm cách để cân áp lực xạ với lực trọng trường cách sử dụng chùm laser ông bẫy hạt điện môi có kích thước cỡ 20µm Năm 1986 Arthur Ashkin, Steven Chu có phát minh quan trọng kìm quang học phòng thí nghiệm Bell (Hoa Kỳ) Các nhà khoa học hội tụ chùm laser để giữ hạt vi mô không gian Cụ thể sử dụng chùm tia laser để giữ hạt có đường kính từ 25 nm đến 10µm điểm nước Thiết bị để giữ hạt gọi “kìm quang học” phương pháp gọi “Bẫy quang học” Kìm quang học công cụ sử dụng chùm tia laser có phân bố Gaussian (hoặc Hollow-Gaussian) để giam giữ điều khiển vi hạt nhúng môi trường chất lưu có chiết suất nhỏ (hoặc lớn hơn) Từ đến nay, kìm quang học liên tục nghiên cứu, cải tiến sử dụng nhiều thực tế Đặc biệt phục vụ nghiên cứu nguyên tử, tế bào sinh học, phân tử hóa học vi cấu trúc vật liệu Hiện nay, nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế kìm quang học sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau, nâng tính ổn định hạt môi trường chất lưu khác Trong nghiên cứu trước đây, vi cầu nhúng chất lưu tuyến tính có chiết suất không đổi, đồng đẳng hướng Dựa vào tỉ số chiết suất m = nh / nm sủa dụng chùm tia laser có phân bố cường độ dạng hàm Gauss hay Hollow-Gauss Trong thực tế, chất lưu phi tuyến, mà chiết suất phụ thuộc vào cường độ chùm laser, đặc biệt chùm laser hội tụ mạnh Trong số trường hợp, chất lưu không đồng nhất, không đẳng hướng nhiễu loạn (turbulent) tác động học nội hay từ bên Chùm laser truyền qua môi trường thay đổi pha địa phương, đó, tính kết hợp giảm Kết ảnh hưởng phân bố cường độ trung bình Nếu vi cầu nhúng môi trường này, chùm laser sử dụng để bẫy bị ảnh hưởng dẫn đến thay đổi quang lực tác động lên vi cầu 2.Mục đích nghiên cứu: Khảo sát trình truyền lan chùm tia laser kết hợp phần qua môi trường nhiễu loạn (turbulent media) Khảo sát ảnh hưởng chiều dài kết hợp lên quang lực tác động lên vi cầu nhúng chất lưu 3.Nhiệm vụ nghiên cứu: - Dẫn biểu thức cường độ chùm laser truyền lan môi trường nhiễu loạn - Mô phân bố cường độ mode chùm laser HermiteGauss chân không môi tường nhiễu loạn - Tính quang lực chùm Gauss tác động lên vi cầu nhúng chất lưu nhiễu loạn - Khảo sát ảnh hưởng độ dài kết hợp lên quang lực gradient ngang - Trình bày số ví dụ cụ thể phân bố quang lực gradient ngang theo độ dài kết hợp 4.Phương pháp nghiên cứu: - Trên sở cấu hình kìm quang học bẫy vi cầu chất lưu nhiễu loạn (hình 1), lý thuyết truyền lan ánh sáng môi trường dẫn biểu thức cường độ chùm laser quang lực tác động lên vi cầu Chùm laser song song kết hợp hoàn toàn Z Thấu kính hội tụ Môi trường ngẫu nhiên Chùm Gauss kết hợp phần Hạt điện môi particle f H1.Cấu hình kìm quang học cho vi cầu môi trường ngẫu nhiên nnnnhiên - Bằng phần mềm máy tính, mô phân bố cường độ chùm laser Gaussian chất lưu nhiễu loạn ảnh hưởng độ dài kết hợp chùm tia lên quang lực gradient ngang - Từ kết mô phỏng, phân tích bình luận điều kiện hoạt động kìm quang học ổn định vi hạt trường nhiễu loạn; mô phân bố cường độ môi trường Rút kết luận NỘI DUNG Chương I MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ KÌM QUANG HỌC VÀ TÍNH KẾT HỢP CỦA CHÙM TIA LASER TRONG CÁC CHẤT LƯU NHIỄU LOẠN 1.1 Quang lực Định nghĩa quang lực: Trong công trình mình, A.Ashkin (1970) định nghĩa “Quang lực áp lực tác động lên vật xạ vùng quang học” [5, 6] Từ đây, khái niệm quang lực sử dụng để mô tả áp lực chùm laser tác động lên vi hạt điện môi Do đó, quan tâm đến chùm laser vi hạt điện môi nói đến quang lực Khi chùm laser hội tụ lên vi hạt điện môi, đó, có nhiều dạng quang lực khác tác động lên nó, là: + Quang lực tán xạ: Đó áp lực sinh tượng tán xạ chùm laser mặt r r vi hạt điện môi Giả thiết photon có xung lượng p = hk chiếu lên mặt vi hạt cầu (hình 1.1) Sau phản xạ, photon có xung lượng r r p ' = − hk Như vậy, photon thay đổi xung lượng lượng: r r r r ∆p = hk − (− hk ) = 2hk (1.1) Xung lượng trao cho vi hạt, đó, theo định luật II Newton, photon chiếu vào vi hạt khoảng thời gian ∆t , chịu lực là: r ur 2hk f = ∆t (1.2) Như vậy, chùm laser gồm N photon tán xạ từ vi hạt, tác động vào hạt lực: r Npr  Nchk  F= =  ÷= P ∆t c  ∆t  c (1.3)  Nchk  đó, P =  ÷ công suất tán xạ từ hạt Lực  ∆t  r F đẩy vi hạt chuyển động theo chiều chùm tia laser Hình 1.1 Mô tả trình photon truyền xung lượng cho vi hạt phản xạ mặt Trong trường hợp chùm laser gồm M tia thành phần chiếu vào vi hạt theo góc khác nhau, tia phản xạ theo góc θ i khác nhau, lúc ta nói chùm laser bị tán xạ Sau phản xạ, tia truyền cho r r vi hạt xung lượng ∆pi = 2hki × cosθ i Do đó, chùm tia laser truyền cho vi hạt xung lượng tổng tất xung lượng thành phần, tức là: M M r r r ∆ptg = ∑ ∆ pi = ∑ 2hki × cosθ i i =1 i =1 (1.4) Tổng xung lượng (1.4) sinh lực tán xạ tác động vào vi hạt Đối với chùm tia laser phân bố Gauss, phần lớn tia thành phần cận trục, đó, tổng xung lượng tác động dọc theo trục chùm tia đẩy vi hạt chuyển động theo hướng truyền lan chùm tia Quang lực gradient: 10 Lực gradient lực tác động lên vi hạt tượng khúc xạ tia sáng Giả sử tia laser khúc xạ qua vi hạt cầu hình 1.2 Sau khúc xạ hai lần, xung lượng tia khỏi vi hạt thay đổi xung lượng là: r r r ∆pi = hki − α i hki Hình 1.2 Mô tả trình tia khúc xạ truyền xung lượng cho vi hạt Giả sử chùm tia gồm M tia song song có cường độ tia trung tâm qua đường kính vi hạt Sau khúc xạ, tia hai bên tia trung tâm uốn gãy hướng vào tia trung tâm Tia xa tia trung tâm góc uốn chúng lớn (hình 1.3a) Như vậy, tia hội tụ vào điểm cường độ điểm lớn Lúc này, cường độ thay đổi tăng dần (gradient dọc) khoảng cách lân cận điểm hội tụ Vì vậy, xung lượng tổng là: M M r r r r r ∆pgrd.z = ∆ ptg = ∑ ∆ pi = ∑ hki − α i hki i =1 đó, αi i =1 (1.5) hệ số suy giảm Xung lượng gây nên lực tác động vào hạt theo hướng vào điểm cường độ lớn r ∆p grd z gọi lực gradient dọc Nếu chùm tia gồm M tia song song, tia trung tâm có cường độ lớn tia xa tia trung tâm có cường độ giảm dần (hình 1.3b) Sau khúc xạ, tia hội tụ vào điểm Tuy nhiên Lúc cường độ thay 36 Hình 2.2 Phân bố cường độ trục hướng tâm (ρ [mm]) với độ dài kết hợp (ξ) thay đổi từ 0, 1.10-4 m đến 1, 0.10-4m Chúng ta nhận thấy rằng, độ dài kết hợp ngắn phân bố cường độ có dạng phẳng giá trị cường độ nhỏ Giá trị cường độ tăng nhanh độ dài kết hợp tăng lên Đồng thời độ dài kết hợp tăng, phân bố cường độ có dạng gần hàm Gauss Tuy nhiên, giá trị cực đại cường độ r = tăng nhanh độ dài kết hợp tăng khoảng đến 5.10 -4m tốc độ tăng giảm dần độ dài kết hợp x > 5.10- m (xem hình 2.3) Trong khoảng này, phân bố dạng Gauss chùm tia bảo toàn thay đổi giá trị cường độ cực đại bỏ qua 37 Hình 2.3 Phân bố cường độ trục hướng tâm với độ dài kết hợp thay đổi từ 1.10-4 m đến 10-2m Như vậy, ảnh hưởng tính ngẫu nhiên môi trường lên dạng phân bố Gauss cường độ chùm laser đề cập độ dài kết hợp chùm tia truyền qua môi trường nhỏ 5.10-4 m, tức môi trường có số cấu trúc lớn Cn2 ³ 2,1.10- m- / 2.7 Ảnh hưởng độ dài kết hợp lên phân bố lực gradient Giả sử vi cầu điện môi có bán kính a = 5.10- m chiết suất n1 = 1,59 nhúng môi trường có chiết suất n2 = 1,33 Phân bố quang lực gradient bán kính hướng tâm (bkht-ρ) với giả thiết số cấu trúc 38 môi trường Cn2 = 4, 0.10- m- / , tức độ dài kết hợp (ddkh-ξ) Fg (N) x = 10- m (1cm) trình bày hình 2.4 Hình 2.4 Phân bố quang lực gradient bkht-ρ với x= 1cm Chúng ta thấy rằng, trường hợp này, giá trị quang lực cực đại Fg , max = 20 pN bán kính vùng bẫy Rbay = 0, 25mm phần hai bán kính thắt chùm ( W0 = 0,5mm ) Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước [26-30] Như vậy, chưa thấy ảnh hưởng môi trường nhiễu loạn Giả sử môi trường nhiễu loạn có số cấu trúc lớn Cn2 = 1, 4.10- m- / làm cho chùm tia giảm kết hợp đến độ dài x = 10- m (0,1mm) , phân bố quang lực bán kính hướng tâm thay đổi hình 2.5 Fg (N) 39 Hình 2.5 Phân bố quang lực gradient bkht- ρ với x= 0,1mm Chúng ta nhận thấy rằng, trường hợp quang lực cực đại tăng lên Fg ,max = 140 pN bán kính vùng ổn định tăng lên Rbay = 0, 75mm lớn bán kính thắt chùm Như vậy, thấy, quang lực cực đại bán kính vùng bẫy tăng lên độ dài kết hợp giảm Fg (N) 40 ξ (mm) ρ (mm) Hình 2.6 Phân bố quang lực gradient bkht với x= ( 0,1¸ 1) mm Điều khẳng định hình 2.6, mô tả phân bố quang lực độ dài kết hợp thay đổi từ x= ( 0,1¸ 1) mm Điều khẳng định tăng độ dài kết hợp quang lực cực đại bán kính vùng bẫy giảm (hình 2.7) Fg (N) 41 ξ (mm) ρ (mm) Hình 2.7 Phân bố quang lực gradient bkht- ρ với x= ( ¸ 100) mm Tuy nhiên, tăng độ dài kết hợp lên x>10 mm , quang lực cực đại bán kính vùng ổn định không thay đổi Ảnh hưởng tính kết hợp chùm laser bỏ qua độ dài kết hợp lớn 10 mm Đối với chùm laser kết hợp phần phân bố cường độ phụ thuộc vào trình hội tụ [41], đó, phụ thuộc vào bán kính thắt chùm Như vậy, bán kính thắt chùm ảnh hưởng đến phân bố quang lực Sau khảo sát ảnh hưởng 42 2.8 Ảnh hưởng bán kính thắt chùm Giả sử môi trường ngẫu nhiên tác động lên chùm laser cho độ dài kết hợp chùm tia thấp x= 0,5 mm Bằng cách thay đổi thấu kính có tiêu cự thay đổi cho bán kính thắt chùm thay đổi khoảng W0 = ( 0,1¸ 1) mm Phân bố quang lực bán kính hướng tâm trình bày tron hình 2.8 Có thể thấy rằng, bán kính thắt chùm tăng quang lực Fg (N) cực đại bán kính vùng bẫy tăng lên W0 (mm) ρ (mm) Hình 2.8 Phân bố quang lực gradient bkht-ρ với x= 0,5mm W0 = ( 0,1¸ 1) mm 43 Nhưng độ dài kết hợp chọn x= 10 mm (xem hình 2.9), quang lực cực đại thay đổi không đáng kể bán kính thắt chùm tăng, đó, bán kính vùng ổn định tăng bán kính thắt chùm tăng Kết hoàn toàn Fg (N) phù hợp với kết nghiên cứu trước [24] W0 (m m) ρ (mm) Hình 2.9 Phân bố quang lực gradient bkht-ρ với x= 10 mm W0 = ( 0,1¸ 1) mm Tóm lại, chùm tia truyền qua môi trường ngẫu nhiên làm thay đổi tính chất kết hợp Từ kết hợp hoàn toàn chuyển thành kế hợp phần với độ dài kết hợp thay đổi không kết hợp Kết hợp phần chùm laser ảnh hưởng đến quang lực tác động lên vi cầu chứa môi trường Độ dài kết hợp ngắn, tính kết hợp thấp quang lực cực đại lớn độ rộng vùng ổn định lớn Hiện tượng giải 44 thích dựa dịch pha lực thành phần (các tia laser thành phần) tác động lên vi cầu Hiện tượng lệch pha giảm gia tốc vi cầu trình bẫy Mặt khác, chùm tia kết hợp thấp môi trường nhiễu loạn dẫn đến phân bố lại quang lực tác động lên vi cầu không gian đó, vùng bẫy tăng lên Khi tính kết hợp cao lên, tượng lệch pha hay phân bố lại lực giảm đó, quy luật tác động chùm tia kết hợp lên vi cầu tuân thủ quy luật bẫy quang học môi trường đồng nhất, ổn định đẳng hướng 2.9 Kết luận chương - Độ dài kết hợp chùm ánh sáng kết hợp Gauss thay đổi truyền qua môi trường nhiễu loạn có số cấu trúc Cn2 định - Hằng số cấu trúc Cn2 thay đổi dẫn đến độ dài kết hợp x chùm laser thay đổi cuối thay đổi phân bố quang lực tác động lên vi cầu nhúng chất lưu nhiễu loạn - Giá trị quang lực cực đại Fg ,max bán kính vùng bẫy Rbay tăng số cấu trúc Cn2 tăng, tức độ dài kết hợp x giảm - Khi số cấu trúc môi trường nhiễu loạn đủ lớn Cn2 ³ 2,1.10- m1/ cường độ cực đại tăng bán kính thắt chùm tăng Khi số cấu trúc môi trường đủ nhỏ Cn2 < 2,1.10- m1/ trình bẫy tuân theo quy luật sử dụng chùm ánh sáng kết hợp hoàn toàn Điều có nghĩa ảnh hưởng môi trường ngẫu nhiên lên kìm quang học quan tâm số cấu trúc có giá trị lớn Cn2 = 2,1.10- m1/ KẾT LUẬN CHUNG 45 Luận văn nghiên cứu kìm quang học sử dụng chùm tia laser kết hợp để bẫy vi cầu nhúng môi trường nhiễu loạn Nội dung luận văn tóm lược điểm sau Dẫn biểu thức tính cường độ trung bình chùm tia laser Gauss kết hợp hoàn toàn sau hội tụ vào môi trường nhiễu loạn Khảo sát ảnh hưởng số cấu trúc (hay độ dài kết hợp chùm tia) lên phân bố cường độ trung bình chùm laser truyền qua môi trường nhiễu loạn Dẫn biểu thức tính quang lực tác động lên vi cầu nhúng chất lưu nhiễu loạn Khảo sát ảnh hưởng số cấu trúc (hay độ dài kết hợp) bán kính thắt chùm lên phân bố quang lực tác động lên vi cầu, lên quang lực cực đại bán kính vùng bẫy Kết cho thấy số cấu trúc tăng, tức độ dài kết hợp giảm bán kính thắt chùm tăng tăng quang lực cực đại mở rộng vùng bẫy Tìm giá trị tới hạn số cấu trúc Cn2 = 2,1.10- m1/ hay độ dài kết hợp tới hạn x = 5.10- m , cho trường hợp khảo sát Một số đề xuất : Trong luận văn khảo sát ảnh hưởng hai tham số : số cấu trúc thông qua độ dài kết hợp bán kính thắt chùm lên quang lực Sẽ đầy đủ khảo sát thêm ảnh hưởng tiêu cự thấu kính f hai tham số định cấu trúc chùm tia tuyền qua môi trường Hệ số cấu trúc Cn2 phản ảnh trực tiếp ảnh hưởng tính chất môi trường lên mật độ pha ngang (cross-phase density ) chùm tia, đại lượng định tính chất kết hợp chùm tia truyền qua Với môi trường xác định có số cấu trúc không đổi, độ dài kết hợp chùm laser thay đổi theo bước sóng l vị trí z vi cầu cần bẫy Những vấn đề nghiên cứu khảo sát thêm TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Tiếng Việt [1] Hồ Quang Quý, Đoàn Hoài Sơn, Chu Văn Lanh, Nhập môn bẫy quang [2] học, NXB ĐHQG Hà Nội, 2011 Mai Văn Lưu, Một số ảnh hưởng chùm laser xung Gauss lên trình [3] phân bố môi trường bị kích thích, Luận án tiến sĩ vật lý, Vinh 2010 H.Q Quý, Quang phi tuyến ứng dụng, NXB ĐHQGHN, 2007 [4] H Q Quý, Vật lý laser ứng dụng, NXB KHKT, 2013 Tiếng Anh [5] A Ashkin, Acceleration and trapping of particles by radiation pressure, Phys, Rev Lett 24 (1970), pp.156-159 [6] A Ashkin, Atomic beam- deflection by resonance-radiation pressure, Phys, Rev Lett 24 (1970), pp.1321-1324 [7] John Strutt, “On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky, ” Philosophical Magazine, series 5, vol 47 (1899) pages 375-394 [8] Brau, Charles A (2004) Modern Problems in Classical Electrodynamics Oxford University Press ISBN 0-19-514665-4 [9] D J Stevenson et al, Optically guided neutronal growth at neaqr infrared wavelengths, Optics Express 14(21) (2006), pp 9786–9793 [10] B.E.A Saleh and M.C Teich, “Fundamental of photonics”, A WilleyInterscience Publication, J.Willey & Sons, INC, New York, 5rd Ed., 1998, p.83 [11] Q.Q Ho, “Simulation of Influence of Partially Coherent Gaussian Laser Beam on Gradient Force acting on Dielectric Nanoparticle inside Random Medium”, J Phys Scien And Appl Vol.2, No.8 (2012), pp.301-305 [12] A Ashkin, Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime, Biophys J V.24 (1992), pp.569-582 [13] E R Dufresne and D G Grier, Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optics, Rev of Scient Instruments, Vol 69 (1998), pp.1974-1977 47 [14] K-B Im, D-Y Lee, H-I Kim, C-H Oh, S-H Song and P-S Kim, B-C Park, Calculation of optical trapping forces on microspheres in the ray optics regime, J Korean Phys Soc., vol 40, 2002, pp 930-933 [15] Kishan Dholakia et al, Optical tweezers:the next generation, Physics World, 2002, pp.31-35 [16] L G.Wang et al, Effect of spatial coherence on radiation forces acting on a Rayleigh dielectic sphere, Opt Lett 32, 2007, pp.1393-1395 [17] H Q Quy, b S Khiem, N T H Trang, M V Luu, C V Lanh, D H Son, Distribution of the laser intensity and the force acting on dielectric nano-particle in thje 3D optical trap using counterpropagating pulsed laser beams, Proc Natl Conf Theor Phys 35, 2010, pp 243-249 [18] W D Phillips, Laser cooling and trapping off neutral atoms, Rev Mod Phys.(1998), pp 721-741 [19] A Kumar De, D Roy, B saha, D Goswami, A simple method for constructing and calibrating an optical tweezer, Current Science, vol 95, 2008, pp.723-724 [20] W Singer, S Bernet, and M Ritsch-Marte, 3D- force calibration of optical tweezers for mechanical stimulation of surfactant-releasing lung cells, Laser Phys Vol.11, 2001, pp 1217-1223 [21] Z.W Wilkes, S Varma, Y.-H Chen, H.M Milchberg, T.G Jones and A Ting Direct measurements of the nonlinear index of refraction of water at 815 and 407 nm using-shot supercontinuum spetral interferometry Applied Physics letters 94, 211102 (2009) [22] T T Perkin, Optical traps for single molecule biophysics: a primer, Laser & Photon Rev., Vol 3, 2009, pp 203-220 [23] S Couris, M Renard, O Faucher, B Lavorel, R Chaux, E Koudoumas, X Michaut 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 (2003) 318-324 [24] H Kress, Ernest H K Stelzer, G Griffiths, and A Rohrbach, Control of Relative Radiation Pressure in Optical Traps: Application to Phagocyte Membrane binding studies, Phys Rev E71, 2005, 061927 [25] A Rohrbach, Stiffness of Optical Traps: Quantitative Agreement between Experiment and Electromagnetic Theory, Phys Rev Lett 95, 2005, pp.168102-1- 48 [26] H Q Quy, M V Luu, Hoang Dinh Hai and Donan Zhuang, The Simulation of the Stabilizing Process of Dielectric Nanoparticle in Optical Trap using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Chinese Optic Letters, Vol 8, No / March 10, 2010, pp.332-334 [27] H Q Quy, H D Hai, V T Hoai, Dynamics of the dielctric nanoparticle in temporal-incoherent optical tweezer, Adv In Opt Phot Spectr & Appl VII, ISSN 1859-4271, 2012, pp 494-499 [28] H Q Quy, H D Hai, H V Nam, Influence of principle parameters on the average stiffness of optical tweezer using pulsed Gaussian beams, Commun In Phys., Vol 21, 2011, pp 71-76 [29] H T Thuy, H Q Quy, H D Hai, Influence of principle parameters on the average stiffness of optical tweezer using-pulsed Gaussian beams, ” J.MST, No.8, 08-2010, pp.91-94 [30] H Q Quy, H D Hai, M V Luu, The Influence of Parameters on Stabe-time “Pillar” in Optical Tweezer using Counter-propagating Pulsed Laser Beams, Computational methods for Science and Technology, Special Isue (2), 2010, pp 61-66 [31] P Mangeol, D Cote, T Bizebard, O Legrand, and U Bockelmann, Probing DNA and RNA single molecules with a double optical tweezer, Eur Phys E19, 2006, pp 311-317 [32] T T Perkin, Optical traps for single molecule biophysics: a primer, Laser & Photon Rev., Vol 3, 2009, pp 203-220 [33] Q Q Ho, Simulation of influence of partially coherent Gaussian laser beam on gradient force acting on dielectric nanoparticle inside random medium, J Phys Scien And Appl., Vol 2, 2012, pp 301-305 [34] Q Q Ho, V N Hoang, Influence of the Kerr effcect on the optical force acting on the dielectric particle, J Phys Scien And Appl., Vol 2, 2012, pp 414-419 [35] Van Nam Hoang, Thanh Le Cao, Quang Quy Ho, Influence of Kerr Effect on Tweezer Center Location in Nonlinear Medium, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), Vol 3, No.3, (2013), pp.134-138 [36] M.P MacDonald, I Peterson, W Sibbett, and K Dholakia, Trapping 49 and manipilation of low-index particles in a two-dimensional [37] [38] [39 ] [40] [41] [42] [43] interferomtric optical trap, Opt Lett Vol.26 (2002), pp 863-865 Y Tanaka et al, Dynamic micro-bead arrays using optical tweezers combined with intelligent control techniques, Opt Express Vol.17 (2009), pp.24102-24111 C.H Sow et al, Multiple-spot optical tweezers created with microlens arrays fabricated by proton beam writing, Appl Phys B78 (2004), pp 705-709 Y Cai, S He, Propagation of a partially coherent twisted anisotropic Gaussian Schell-model beam in a turbulent atmosphere, Appl Phys Lett 89 (2006), p 041117 M Alavinejad, A Ashiri, and B Ghafary, Propagation propeties of partially coherent beams through turbulent media with coherent modes representation, Optica Applicata, Vol.38, No.3 (2008), 549-558 T Shirai, A Dogariu, and F.Wolf, Mode analysis of spreading of partially coherent beams propagating through atmosphere turbulence, Journal of the Optical Society of America A, Vol.20 (2003), pp 10941102 H.T Eyubogu, C Arpali, Y.K Baykal, Flat topped beams and their characteristics in turbulent media, Optics Express 14 (2006), pp 41964206 The Effect of Atmosphere Disturbances on Laser Beam Propagation Key Engineering Materials Vol.500(2012)pp 3-8 50 PHỤ LỤC Các thông tin chung Họ tên :Bùi Thái Cường Ngày sinh :20/10/1981 Giới tính:Nam Nơi sinh:Diễn Kim, Diễn Châu, Nghệ An Chổ nay: Tiền Tiến 1, Diễn Kim, Diễn Châu, Nghệ An Điện thoại:0972270823 Email: thaicuongna3107@gmail.com Là học viên cao học khóa 2013-2015, học trường Đại học Vinh Mã số học viên:2160441001 Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 Tên đề tài: Khảo sát quang lực tác động lên vi cầu nhúng chất lưu nhiễu loạn Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hồ Quang Qúy Hội đồng chấm luận văn ngày 30 tháng năm 2015 [...]... pgrd, gi l quang lc gradient ngang b) Hỡnh 1.3 Biu din quang lc gradient, a: dc, b: ngang Quang lc trong ch Mie: Khi s dng kỡm quang hc giam gi cỏc vi cu cú ng kớnh 2a ln hn nhiu so vi bc súng laser ( 2a ? ), cỏc quang lc c tớnh gn ỳng theo ch quang hỡnh, ta núi quang lc trong ch Mie Nm 1992, A Ashkin cựng cng s ó s dng nguyờn lý quang hỡnh tớnh lc gradient ca kỡm mt chựm laser cho vi cu in mụi... chiu vi quang lc s a vi ht dch ra xa tõm vt, quang lc tip tc r r r r y nú vo tõm nu Fgrd, > Fng v ra khi h th nu Fgrd, < Fng Khi vi ht nhỳng trong mụi trng cht lu vi nht nht nh, lc ngoi, trc ht l lc Brown S cnh tranh gia quang lc v lc Brown s lm cho vi ht dao ng trong vựng by vi mt h s n hi ktr nht nh (hỡnh 1.7) [9] Hỡnh 1.7 Mu dao ng tng ng ca kỡm quang hc Kỡm quang hc by c vi ht l nh vo phõn b... Laser Thu kớnh hi t lens Mụi trng Kerr Vi ht in mụi Hỡnh 1.13 Kỡm quang hc vi vi ht trong mụi trng Kerr [34, 35] Trong trng hp cỏc vi ht v cht lu nhy vi hiu ng Kerr [21, 23], khi ú, chit sut ca chỳng thay i theo cng chựm laser Kỡm quang hc cú tớnh cht ny cú th gi l Kỡm quang hc Kerr Nhng nghiờn cu v phõn b quang lc, s hỡnh thnh vựng by v vựng n nh ca kỡm 23 quang hc Kerr cn xem xột c th hn v a ra... Ngoi quang lc phn ỏnh tỏc ng ca photon lờn vi ht, lc Brown [26] cho ta thy tỏc ng ca cỏc phõn t trong mụi trng tỏc ng lờn vi ht nhỳng trong ú Ngoi ra, mt s lc ngoi khỏc cng tỏc ng lờn vi ht trong iu kin nht nh Trc ht, lc trng trng cú th tỏc ng lờn vi ht, nu kớch thc ca vi ht ln v nht ca cht lu nh Khi i tng cn by l cỏc i phõn t (ADN, cỏc t bo, ) trong mụi trng sinh hc, lc liờn kt gia cỏc phõn t vi. .. to thnh vựng n nh Vi ht nm trong ú s dao ng trong xung quanh tõm ht nu khụng cú lc ngoi no tỏc ng hoc lc ú nh hn giỏ tr cc i ca quang lc Vi ht nm ti mt im no ú cỏch trc chựm tia mt khong cng s b kộo vo im (, 0) vi mt quang lc nh hn (hỡnh 1.10b) a b Hỡnh 1.10 Phõn b quang lc dc trờn trc chựm tia (a) v dc tia cỏch trc mt khong =2W0 Nh vy, t hỡnh (1.6) v (1.10) ta thy rng khi vi ht nm trong khụng gian... dn n quang lc 16 gradient ngang ti 0 s l ln nht (hỡnh 1.6b) v gim nhanh v hai phớa ca 0 v bng khụng ti tõm vt Nh vy, phõn b giỏ tr tuyt i quang lc gradient trờn vt chựm tia to ra mt h th i vi vi ht in mụi (theo 1.17b), hng ca lc ngc vi hng chuyn ng ca ht Nu vi ht ri vo vựng h th ny s b quang lc y vo tõm vt chựm tia Vựng xut r hin h th ny gi l vựng by Vi mt lý do no ú, mt ngoi lc, Fng ngc chiu vi quang. .. s ó tớnh quang lc gradient cho chui kỡm da trờn nguyờn lý khỳc x ỏnh sỏng [13] Nm 2002, B.K Im cựng cng s cng ó s dng quang hỡnh tớnh lc tỏc ng lờn vi cu [14] Quang lc trong ch Rayleigh: 12 Khi s dng kỡm quang hc cho vi ht in mụi cú ng kớnh nh hn nhiu so vi bc súng laser ( >> 2a ) thỡ cỏc lc c ỏnh giỏ trong ch Rayleigh Khi ú, iu kin tỏn x Rayleigh tha món [7] v ht c xem nh lng cc im [8] trong trng... b quang lc gradient ngang trờn ng kớnh vt chựm tia trỡnh by trờn hỡnh 1.11d Ta thy rng, cng chựm tia Hollow-Gauss cú dng phõn b theo ng tr rng, do ú, khi vi ht nm trong vựng trng nú s b giam trong ú Khi vi ht ó nm tõm vựng trng, nú khụng b tỏc ng bi quang lc dc Nh vy, chựm tia Hollow-Gauss ch cú 21 th s dng by cỏc vi ht nm trờn mt phng mu cha cht lu (kỡm hai chiu) 1.3 Tỏc ng mụi trng lờn vi cu trong. .. lon trong quỏ trỡnh by Trong cỏc nghiờn cu lý thuyt, chỳng ta gi thit chựm tia cú nng lng v cu trỳc khụng i v mụi trng cht lu l ng nht v ng hng trong quỏ trỡnh by iu ỏng tic, trong thc nghim, s phỏt khụng n nh ca laser, s khụng n nh h quang l iu khú trỏnh khi Ngoi ra, hin tng nhiu lon trong mụi trng cht lu cú th xy ra (hỡnh 1.13) [33, 37] Kớnh vt Mụi trng nhiu lon Vi ht Hỡnh 1.13 Kỡm quang hc by vi. .. laser cú cng ln, vic gim tớnh kt hp (gim di kt hp) ca chựm laser s tng hiu sut tng tỏc [3] Cho n lỳc ny, cõu hi t ra: liu hin tng ny cú th xy ra trong by quang hc khụng tr li cõu hi trờn, trong chng ny chỳng ta s dn biu thc tớnh quang lc tỏc ng lờn vi cu nhỳng trong mụi trng ngu nhiờn T ú, kho sỏt nh hng ca tham s cu trỳc ca mụi trng lờn kỡm quang hc thụng qua hai tham s chớnh: quang lc cc i v bỏn ... Kerr Vi ht in mụi Hỡnh 1.13 Kỡm quang hc vi vi ht mụi trng Kerr [34, 35] Trong trng hp cỏc vi ht v cht lu nhy vi hiu ng Kerr [21, 23], ú, chit sut ca chỳng thay i theo cng chựm laser Kỡm quang. .. lc ngc vi hng chuyn ng ca ht Nu vi ht ri vo vựng h th ny s b quang lc y vo tõm vt chựm tia Vựng xut r hin h th ny gi l vựng by Vi mt lý no ú, mt ngoi lc, Fng ngc chiu vi quang lc s a vi ht dch... pgrd, gi l quang lc gradient ngang b) Hỡnh 1.3 Biu din quang lc gradient, a: dc, b: ngang Quang lc ch Mie: Khi s dng kỡm quang hc giam gi cỏc vi cu cú ng kớnh 2a ln hn nhiu so vi bc súng laser