luận án mảng kìm quang học biến điệu quang âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN THỊNH MẢNG KÌM QUANG HỌC BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ VINH, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN THỊNH MẢNG KÌM QUANG HỌC BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62.44.01.09 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HỒ QUANG QUÝ VINH, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS TS Hồ Quang Quý Các kết luận án trung thực chưa có luận án khác công bố 06 tạp chí chuyên ngành nước Tác giả luận án Nguyễn Văn Thịnh i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS TS Hồ Quang Quý, người Thầy hướng dẫn tận tình động viên thân trình nghiên cứu thực luận án với tinh thần đầy trách nhiệm Thầy giúp nâng cao kiến thức, nghị lực, phát huy sáng tạo hoàn thành tốt luận án Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến quí Thầy Cô giáo khoa Vật lý Công nghệ Trường Đại học Vinh đóng góp nhiều ý kiến khoa học bổ ích cho nội dung luận án, tạo điều kiện tốt cho thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Vinh Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bạc Liêu Trường Đại học Vinh giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho thân thời gian học tập nghiên cứu năm qua Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, động viên giúp đỡ trình hoàn thành luận án ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH DÙNG TRONG LUẬN ÁN v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận án CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẢNG KÌM QUANG HỌC 1.1 Quang lực 1.2 Phân bố quang lực không gian 17 1.3 Cấu hình nguyên lý hoạt động kìm quang học 22 1.4 Mảng kìm quang học 24 Kết luận chương 36 CHƯƠNG MÔ HÌNH MẢNG VI THẤU KÍNH BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM 38 2.1 Phân bố chiết suất môi trường biến điệu quang - âm chiều 38 2.2 Mô hình biến điệu quang - âm hai chiều 43 2.3 Phân bố chiết suất môi trường biến điệu quang - âm hai chiều 44 2.4 Khảo sát phân bố chiết suất 2D tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 47 2.5 Mảng vi thấu kính biến điệu quang âm 51 2.6 Tính tiêu cự vi thấu kính 57 Kết luận chương 71 iii CHƯƠNG ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG CỦA MẢNG KÌM QUANG HỌC BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM 72 3.1 Đề xuất mô hình mảng kìm quang học sử dụng mảng vi thấu kính biến điệu quang - âm 72 3.2 Điều kiện độ số vi thấu kính 75 3.3 Phân bố cường độ laser tiêu diện vi thấu kính 81 3.4 Quang lực gradient dọc ngang 87 3.5 Khảo sát phân bố quang lực tác động lên vi hạt nhúng chất lưu 90 Kết luận chương 93 CHƯƠNG KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MẢNG KÌM QUANG HỌC BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM 94 4.1 Nguyên lý sàng 2D 94 4.2 Đặc trưng cường độ - tần số sóng âm cho sàng 2D 101 4.3 Nguyên lý sàng 3D 105 4.4 Điều kiện công suất laser 107 4.5 Đặc trưng công suất laser - tần số 110 Kết luận chương 115 KẾT LUẬN CHUNG 116 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH DÙNG TRONG LUẬN ÁN Viết tắt Giải thích nghĩa DOT Diffractive Optics Tweezers Mảng kìm quang học sử dụng khe nhiễu xạ DOA Diffractive Optical Arrays Mảng nhiễu xạ quang ICOT Intelligently Control Optical Mảng kìm quang học thông minh Tweezers T3S MSOT Time - Sharing Synchronized Thời gian quét đồng Scanning Multiple Microlens Optical Mảng kìm quang học sử dụng Tweezers mảng vi thấu kính AOD Acousto - Optical Deflector Linh kiện phản xạ quang - âm GRIN Graded Refractive Index Chiêt suất thay đổi liên tục BQS Beam Quickly Scanning Hệ quét nhanh chùm tia NA Numerical Aperture Khẩu độ số EOE Elasto- Optical Effect Hiệu ứng quang giảo AET Acousto- Electric Transducer Bộ chuyển đổi điện - âm IOT Interferometric Optical Trap v Mảng kìm giao thoa quang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ý nghĩa, đơn vị Ký hiệu A Diện tích độ thấu kính (m2) B Cường độ tự cảm (T) D Đường kính mở thấu kính (m) Dm Kích thước mạng (m) E F , Fgrad , Ftx Fs I, I0 Cường độ điện trường (V/m) Quang lực; Lực gradient; Lực tán xạ (N) Tần số sóng âm (Hz) Cường độ laser (W/m2) Is Cường độ sóng âm (W/m2) M Hằng số đáp ứng (m2/W) N Số photon NA Khẩu độ số P, P0 Công suất (W) S0 Biên độ sóng âm (V/m) Vs Vận tốc sóng âm (m/s) A Bán kính vi hạt (m) C Vận tốc ánh sáng (m/s) D Độ dày môi trường (m) f Quang lực photon (N) fa Tần số ánh sáng (Hz) f, f1, f2 Tiêu cự thấu kính (m) G Khối lượng riêng (kg/m3) vi K Số sóng (1/m) ki Véc tơ sóng M Tỉ số chiết suất n, nh, nm Chiết suất p Xung lượng photon (kg.m/s) r Véc tơ tọa độ không gian T Thời gian (t) w, w0 Bán kính vết chùm tia thắt chùm (m) z0 Độ dài Rayleigh (m) Λ Bước sóng sóng âm (m) σik Tenxer lực căng  Hệ số phân cực (m2.s) αi Hệ số suy giảm (1/m)  Tiết diện tán xạ (m.s) Ω Tần số góc(rad/s)  Độ rộng xung (s)  Độ nhớt môi trường (m2/s)  Độ cảm phi tuyến (C.m/V3)  Hằng số quang giảo Λ Bước sóng laser (m) Hằng số Plank (Js) φx , φy Pha ban đầu hai sóng theo chiều x,y ∆p Độ biến thiên xung lượng (N/m2) ∆t Độ biến thiên thời gian (s) n0 Biên độ chiết suất Ρ Bán kính hướng tâm (m) ρ0 Bán kính vết chùm tia (m) vii DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Mô tả trình photon truyền xung lượng cho vi hạt phản xạ mặt 10 Hình 1.2 Mô tả trình tia khúc xạ truyền xung lượng cho vi hạt 11 Hình 1.3 Biễu diễn quang lực gradient, a) dọc, b) ngang 12 Hình 1.4 Lưỡng cực điểm với đường sức [5] 13 Hình 1.5 Các lực tác động lên vi hạt điện môi nằm chùm laser phân bố dạng Gaussian [2] 16 Hình 1.6 Các lực tác động lên vi hạt nằm chùm tia dạng Hollow-Gaussian [2] 17 Hình 1.7 Chùm laser TEM00 phát từ buồng cộng hưởng phẳng [2] 17 Hình 1.8 a) Phân bố cường độ vết chùm tia (x( 0 ),y( 0 )) [2]; b) Phân bố quang lực gradient ngang vết chùm tia [2] 18 Hình 1.9 Mẫu dao động tương đương kìm quang học [72] 19 Hình 1.10 a) Phân bố quang lực dọc trục chùm tia [2]; b) dọc tia cách trục khoảng =2W0 [2] 22 Hình 1.11 Sơ đồ chi tiết cấu tạo kìm quang học sử dụng chùm laser thực nghiệm [43] 23 Hình 1.12 Kìm quang học array sử dụng linh kiện BQS [19] 24 Hình 1.13 Cấu hình quang tạo mảng kìm N N mảng nhiễu xạ [74] 26 Hình 1.14 Mảng kìm 4 tạo hệ quang nhiễu xạ hạt thủy tinh bẫy (a); Mảng thủy tinh bẫy sau 1/3s (b); Các hạt thủy tinh bẫy sau 3,1s (c) Quỹ đạo chuyển động hạt thủy tinh sau tắt laser (d) 26 Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý kìm IOT [59] G-gương, L1, L2, L3thấu kính, BCT - chia tia, QPC - kính quay phân cực, GQ - gương quay, VTK - vi thấu kính 27 viii 11 Ashkin, Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure, Phys Rev Lett 24, pp.156-159 (1970) 12 Ashkin, Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectic sphere in the ray optics regime, Biophys J Vol.24, pp.569-582 (1992) 13 B Sorensen, E J G Peterman, T Weber, and C F Schmidt, Power spectrum analysis for optical tweezer II: Laser wavelength dependence of parasitic filtering, and how to achieve high bandwidth, Rev of Scient Intruments, Vol 77, pp 063106-063110 (2006) 14 Beck, M.M de Lima, and P.V Santos, Acousto-optical multiple interference devices, J Of Appl Physics 103, 014505-1-7 (2008) 15 Bormuth et al, Optical trapping of coated microspheres, Opt Exp 16, 13831-13844 (2008) 16 Bowler et al, Coherent Diabatic Ion Transport and Separation in a Multizone Trap Array, Phys Rev Lett 109, 08050 (2012) 17 C Jian, J J Xiao, and J P Huang, Optical force on dielectric nanorods coupled to a high-Q photonic crystal nanocavity, J Phys Chem C 113, pp 17170-17175 (2009) 18 C Kuo, M P Sheetz, Optical tweezers in cell biology, Trends Cell Biol 2, pp.16-24 (1992) 19 C Neuman and S M Block, Optical trapping, Rev of Scient Intruments, Vol 75, 2787-2809 (2004) 20 C.H Sow et al, Multiple-spot optical tweezers created with microlens arrays fabricated by proton beam writing, Appl Phys B78, 705-709 (2004) 21 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, pp 318-324 (2003) 121 22 Cui, D Erni, C Hafner, Optical forces on metallic nanoparticles induced by a photonic nanojet, Opt Express, Vol 16, pp 13560-13568 (2008) 23 D Ott, N S Reihani, and L B Oddershede, Simultaneous threedimensional tracking of individual signals from multi-trap optical tweezers using fast and accurate photodiode detedtion, Opt Express, 22, DOI:10.1364/OE 22.23661 (2014) 24 D Wang, H Yin, R Landick, J Gelles, and S M Bock, Stretching DNA with Optical Tweezers, Biophys J Vol.72, pp 1335-1346 (1997) 25 E A Saleh, and M.C Teich, Fundamentals of Photonics, A WileyInterscience Publication, 1991 26 E R Dufresne et al, Computer-generated holographic optical tweezers arrays, Rev science instruments 72, 1810-1816 (2001) 27 European Network of Excellence for Biophotonics, Acousto-optical deflectors for optical tweezer arrays, Networking for Better Health Care, http://WWW.Photonics4life.eu/lavout/set/Consortium/P4L-DB/Allitems/ (2014) 28 G Beghi, Acoustic Waves- From microdevices to Helloseimology, INTECH, ISBN 978-953-307-572-3 (2011) 29 G Dagalakis, Th LeBrun, J Lippiatt, Micro-mirror array control of optical tweezer trapping beams, 2th IEEE Conf on Nanotechnology, Washington DC, August 26-28, pp 177-180 (2002) 30 G.Wang et al, Effect of spatial coherence on radiation forces acting on a Rayleigh dielectric sphere, Opt Lett 32, pp.1393-1395 (2007) 31 Giorgio Volpe and Giovanni Volpe, “Simulation of Brownian particle in an optical trap,” Am J Phys 81, pp 224-230 (2013) 32 H G Huisstede, Scanning probe optical tweezers: A new tool to study DNA-protein interactions, Printed by FEBODRUK BV, Enschede, ISBN 90-365-2355-9 (2006) 122 33 H Q Quy, H D Hai, The simulation of the stabilizing process of glass nanoparticle in optical tweezer using series of laser pulses, Commun In Phys., Vol.22, pp 175-181 (2012) 34 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, pp.332-334 (2010) 35 H Sehgal, Optical tweezers: Characterization and systems approach to high bandwidth force extimation, PhD Thesis, University of Minnesota, 2010 36 Hecht, Optics, Addison Wesley, 2001 37 H-I Kim, I-J Joo, S-H Song, P-S Kim, K-B Im, and C-H Oh, Dependence of the optical trapping efficiency on the ratio of beam radius to the aperture radius, J Korean Phys Soc., Vol.43, pp.348351 (2003) 38 Honglian, Y Xincheng, L Zhaolin, C Bingying, h Xuehai & Z Daozhong, Measurements of displacemant and trapping force on microsized particles in optical tweezer system, Science in China, Vol 45, pp.919- 925 (2013) 39 Howie Mende, Ph.D., Optical Trapping, manipulation, translation and spinning of micron sized gears using a vertical dual Laser diode system, Laurentian University, Ontario, Canada, 2000 40 In-yong Park, Manufacturing micrometer scale structures by an optical tweezer system controlled by five finger tips, PhD thesis, Gwangju, korea, 2006 41 Isomura, N.Magome, M.I.Kohira, K.Yoshikawa, Toward the stable optical trapping of a droplet with counter laser beams under microaravity, Chemical Physics Letters, 429, pp.321-325 (2006) 123 42 J Greenleaf, M T Woodside, E A Abbondanzieri, and S M Block, Passive all-optical force clamp for high-resolution laser trapping, Phys Rev Lett., Vol 95, pp 208102-1- (2005) 43 J Hallock, P Redmond, and L E Brus, Optical forces between metallic particles, PNAS, Vol 102, 1280-1284 (2012) 44 J Stevenson et al, Optically guided neutronal growth at near infrared wavelengths, Optics Express 14, 9786-9793 (2006) 45 J.P Hoomgenboom et al, Patterning surfaces with colloidal particles using optical tweezers, Appl Phys Lett 80, 4828-4830 (2002) 46 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, 375-394 (1989) 47 Justin E.Molloy et al, Preface: Optical tweezers in a new light, Journal of Modern Optics, Vol.50, No.10, pp.1501-1507 (2003) 48 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, pp 930-933 (2002) 49 Kishan Dholakia et al, Optical tweezers: the next generation, Physics World, 31-35 (2002) 50 Korpel, Acousto-Optics, New York: Marcel Dekker Inc 358 ,66 (1988) 51 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, 061927 (2005) 52 Kumar De, D Roy, B Saha, D Goswami, A simple method for constructing and calibrating an optical tweezer, Current Science, Vol 95, pp.723-724 (2008) 53 L Zhao, L G Wang, Dynamic radiation force of a pulsed Gaussian beam acting on a Rayleigh dielectric sphere, Optical Society of America, Vol.32, pp.1393-1395 (2007) 124 54 L Zhao, L G Wang, X H Lu, Radiation forces on a dielectric sphere produced by highly focused hollow Gaussian beams, Phys Lett A, pp.502-506 (2006) 55 L.Deng, Q Wei, Y Z Wang, Y Q Li, Numerical modeling of optical levitation and trapping of the stuck particles with a pulsed optical tweerz, Opt Express 13, pp.3673-3680 (2006) 56 M Kawano, J T Blakely, R gordon, and D Sinton, Theory of dielectric micro-sphere dynamics in a dual-beam optical trap, Opt Express, Vol 16, pp 9306-9317 (2008) 57 M S Rocha, Optical tweezer for undergraduates: Theoretical analysis and Experiments, Am J Phys., Vol 77, pp 704-712 (2009) 58 M Siler, t Cizmar, M Sery, P.Zemanek, Optical forces generated by evanescent standing waves and their usage for sub-micro particle delivery, Appl Phys B84, 157-165 (2006) 59 M.P MacDonald, I Peterson, W Sibbett, and K Dholakia, Trapping and manipilation of low-index particles in a two-dimensional interferomtric optical trap, Opt Lett 26, 863-865 (2002) 60 Mangeol, D Cote, T Bizebard, O Legrand, and U Bockelmann, Probing DNA and RNA single molecules with a double optical tweezer, Eur Phys E19, 311-317 (2006) 61 Mavago, P.H Jone, P.G Gucciari, G Volpe, and A.C Ferrari, Optical trapping and manipulation of nanostructures, Nature Nanotechnology 8, 807-819 (2013) Doi: 10.1038/nnano 2013.208 62 McLeod and C B Arnold, Array-based optical nanolithography using optically trapped microlenses, Opt Express 17, 3640 (2009) 63 Michael Gögler et al, Forces on Small Spheres in a One-Beam Gradient Trap, Leipzig Uni., Germany, Wintersemester 2005/2006 125 64 N Hoàng, T L Cao, Q Q Ho, Influence of Kerr Effect on Tweezer Center Location in Nonlinear Medium, International Journal of Engineering and Innovative Technology, 3, 134-138 (2013) 65 Neil A Schofield, Development of Optical Trapping for the Isolation of Environmentally Regulated Genes, Submitted in partial fulfiment of the requirement for the degree of doctor of philosophy, 1998 66 Neilo Savage, Acoustic-optics devices, Chap 12: Acousto-optic devices and applications by I.C Chang, Nature Photonics , 728-729 (2010) 67 O Moine and B Stout, Optical force calculations in arbitrary beams by use of the vector addition theorem, J Opt Soc Am B, Vol 22, pp 1620-1631 (2005) 68 Ojala, Stiffer optical tweezer through real-time feedback control, PhD thesis, University Helsingien, 2007 69 P.T Korda, M.B Taylor, and D G Grier, Kinetically locked-in-colloidal transport in an array of optical tweezers, Phys Rev Lett 89, 128301 (2002) 70 Pornsuwancharoen, C Tanapojarus, U Dunmeekaew, and P.P Yupapin, Novel Dynamic Optical Tweezerz Array Generation Using Dark Soliton Control within an Add/Drop Multiplexer, PIES, Xi’an, China, March 2225, 1832-1836 (2010) 71 Preece, R Bowman, A Linnenberger, G Gibson, S Serati and M Padgett, Increasing trap stiffness with position clamping in holographic optical tweezers, Opt Express, Vol 17, 22718-22724 (2009) 72 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, 301-305 (2012) 73 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, 414419 (2012) 126 74 R Dufresne and D G Grier, Optical tweezer arrays and optical substrates created with diffractive optics, Rev of Scient Instruments, 69, 1974-1977 (1998) 75 R W Bowman et al, Fast, customizable hologram generation for optical tweezers, Comp Phys, Commun., 185, pp.268-273 (2014) 76 Ren, C Wang, Y.Li, S Shen, and S Liu, Optical Tweezer Array System Based on 2D Photonic Crystals, Physics Procedia 22,493-497 (2011) 77 Rohrbach, Stiffness of Optical Traps: Quantitative Agreement between Experiment and Electromagnetic Theory, Phys Rev Lett 95, 168102-14 (2005) 78 S Hormeno and J R Arias-Gonzalez, Exploring mechanochemical processes in the cell with optical tweezers, Biol Cell, Vol.98, 679-695 (2006) 79 S Kotopoulis, PhD Thesis, University of Hull, Kingston upon Hull, England, 2011 80 S Krishnamurthy and P V Santos, Optical modulation in photonic band gap structures by surface acoustic waves, J of Appl Physics Vol 96, 1803-1810 (2004) 81 Simons, Large Infrared Optical Tweezer Array, Thesis of Master of Science, University of Washington, 2012 82 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, 1217-1223 (2001) 83 T Li, 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, 2013 84 T Perkin, Optical traps for single molecule biophysics: a primer, Laser & Photon Rev., Vol 3, 203-220 (2009) 127 85 Tanaka et al, Dynamic micro-bead arrays using optical tweezers combined with intelligent control techniques, Opt Express 17, 2410224111 (2009) 86 Van der Horst, B.P.B Downing, and N.R Forde, Position and Intensity Modulations in Holographic Optical Traps Created by a Liquit Crystal Spatial Light modulatior, OSA/DH/FTS/HISE/OTA, 200 (2009) 87 Volpe, and D Petrol, Brownian Motion in a Nonhomogeneous Force Field and Photonic Force Microscope, Phys Rev E76, 061118-1-10 (2007) 88 W Dixon, Photoelastic properties of selected materials and their relevane for application to acoustic light modulators and sciences, J Appl Phys 38, 5129-5133 (1967) 89 W Zemanek, V Karasek, A Sasso, Optical forces acting on Rayleigh particle placed into interference field, Optics Commun 240, 401-415 (2004) 90 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) 91 R.P Wang, A Roide, D.Y Choi, and B L Davies, Surface Oxdation of Ga33As12Se55 films, J Ceram Soc 91, 2371-2373 (2008) 92 D.A.P.Bulla, R.P Wang, A Prasad, A.V Rode, S.J Madden, and B.L Davies, On the properties and stability of thermally evaporated Ga-AsSe thin film, Appl Phys A 96, 615-625 (2009) 93 K.U Kohrmann, M.S Michel, A Steidler, E Marlinghaus, O Kraut, and P Alken, Technical characterization of an ultrasound source for noninvasive thermoablation by high-intensity focused ultrasound, BJU International, 90, 248-252 (2009) 94 M S Ipatov, M.N Ostroumov, and A F Sobolev, Effect of the spectrum of a high-intensity sound source on the sound-absorbing properties of a resonance-type acoustic linning, Acoustical Physics Vol.59, No.4, 426433 (2012) 128 PHỤ LỤC Chương trình tính phân bố chiết suất khối GRIN restart; Is:=3*10^4; M:=1.68*10^(-11); gama:=0.31; Fs:=350*10^6; Vs:=5340; Lambdas:= Vs/Fs; d:=20*10^(-9); P0:=1; bk:=20*10^(-7); nm:=4; nh:=1.6; alfa:=5*10^(-4); m:=nh/nm; deltan:=sqrt(M*Is/2); pi:=3.14; pha:=0.5*10^(-5); fre:=10000; fs:=Lambdas^2/(8*ln(2)*deltan*d); I0:=pi*P0/(4*fs); rho0:=0.84*fs; Fgr:=-(rho-0.2*10^(-5))*nm*bk^3*I0*(1/rho0^2)*(m^21)*(1/(m^2+2))*exp(-(rho-0.2*10^(-5))^2/rho0^2); PBx:=cos(2*pi*x);PBy:=cos(2*pi*y); PBT:=PBx+PBy; 129 Asin0:=nm-2*alfa+4*alfa*(sin(pi*x/Lambdas))^2; Asinx:=nm-2*deltan+4*deltan*(sin(pi*x/Lambdas-pi/2))^2; Asiny:=nm+2*deltan-32*deltan*y^2/Lambdas^2; PB:=nm-deltan*(PBx+PBy); PBg:=nm+deltan-deltan*ln(2)*(x^2+y^2)/0.25^2; Irho:=I0*exp(-(rho-0.2*10^(-5))^2/rho0^2); TIEU:=1*10^6*Lambdas^2/(64*deltan*z*10^(-6)); NA:=1.5*16*deltan*z/(Lambdas*10^6); with(plottools); plot(PBx(x),x=0 2); plot(Asin0(x), x=-Lambdas 0); plot(Asinx(x), x=-0.5*Lambdas 0.5*Lambdas); plot(Asiny(y), y=-Lambdas/4 Lambdas/4); plot3d(PB(x,y), x=0 3,y=0 3); plot3d(PBg(x,y), x=-0.25 0.25,y=-0.25 0.25); plot3d(PB(x,y), x=0.25 0.75, y=0.25 0.75); plot(TIEU(d),z=100 1000); 130 PHỤ LỤC Chương trình tính tiêu cự-độ dày với tần số khác restart; M:=1.68*10^(-11); Ins:=3*10^4; Vs:=5500; Lambdas:= Vs/Fs; pi:=3.14; phase:=0; n0:=4.0; f(y):=10^3*(Vs/Fs)^2*sqrt(2)/(sqrt(M*Ins)*y*10^(-3)*8); with(plottools); Fs:=150*10^6; Fs:=200*10^6; Fs:=250*10^6; Fs:=300*10^6; Fs:=350*10^6; plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); 131 PHỤ LỤC Chương trình tính tiêu cự-độ dày với cường độ sóng âm khác restart; M:=1.68*10^(-11); Fs:=350*10^6; Vs:=5500; Lambdas:= Vs/Fs; pi:=3.14; phase:=0; n0:=4.0; f(y):=10^3*(Vs/Fs)^2*sqrt(2)/(sqrt(M*Is*10^4)*y*10^(-3)*8); > with(plottools); Is:=1; Is:=1.5; Is:=2; Is:=2.3; Is:=3; plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); plot(f(y),y=0.01 0.05); 132 PHỤ LỤC Chương trình tính phân bố cường độ quang lực restart; M:=1.68*10^(-11); Is:=3*10^4; Fs:=178*10^6; Vs:=5500; Lambdas:= Vs/Fs; d:=5*10^(-5); P0:=1*10^(-5); a:=0.5*10^(-6); nm:=1.33; nh:=1.57; n:=4; bslas:=1.05*10^(-6); pi:=3.14; rho1:=1*10^(-6); lamda:= Vs/Fs; alfabp:= 8*sqrt(M*Is/2)/lamda^2/n; f:= 1/(n*alfabp*d); m:=nh/nm; m1:=(m^2-1/(m^2+2)); I0:=P0*pi*lamda^2/(bslas^2*f^2*4); z0:= 0.7*pi*f^2*bslas/lamda^2; hscd:=1/(1+z^2/z0^2); W0bp:=(0.84*bslas*f/lamda)^2; Wzbp:=W0bp*(1+z^2/z0^2); hsdl:=pi^2*nm*a^3*m1; hscd1:=1/(1+f^2/z0^2); W0bp:=(0.84*bslas*f/lamda)^2; Wzbp1:=W0bp*(1+f^2/z0^2); cuongdo:=I0*hscd*exp(-rho^2*10^(-12)/2/Wzbp); cuongdo1:=hscd1*exp(-(x^2+y^2)*10^(-12)/2/Wzbp1); quanglucdoc:=-4*hsdl*cuongdo*z*(hscd-2*rho^2*10^(12)/W0bp)/W0bp; quanglucngang:=-8*hsdl*cuongdo*rho*10^(-6)*hscd/W0bp; with(plottools); plot3d(cuongdo(rho,z), rho=-10 10, z=-f f, grid=[50,50]); plot3d(cuongdo1(x,y), x=-3 3, y=-3 3, grid=[50,50]); plot3d(quanglucdoc(z,rho), z=f -f,rho=-10 10, grid=[50,50]); 133 PHỤ LỤC Chương trình khảo sát đặc trưng công suất-tần số công suất cực tiểu -bán kính hạt restart; M:=1.68*10^(-11) (m2/W); Is:=3*10^4 W/m2; Vs:=5500 m/s; Lambdas:=Vs/Fs; d:=5*10^(-5) m a1:=0.5*10^(-6); nm:=1.33; nh:=1.57;n:=4; bước sóng laser:=1.05*10^(-6) m pi:=3.14; rho1:=1*10^(-6); lamda:= Vs/(Fs*10^6); alfabp:= 8*sqrt(M*Is/2)/lamda^2/n; f:= 1/(n*alfabp*d); m:=nh/nm; m1:=(m^2-1/(m^2+2)); I0:=1*pi*lamda^2/(bslas^2*f^2*4); z0:= 0.7*pi*f^2*bslas/lamda^2; hscd:=1/(1+f^2/z0^2); W0bp:=(0.84*bslas*f/lamda)^2; Wzbp:=W0bp*(1+f^2/z0^2); hsdl:=pi^2*nm*a^3*m1; hscd1:=1/(1+f^2/z0^2); W0bp:=(0.84*bslas*f/lamda)^2; 134 Wzbp1:=W0bp*(1+f^2/z0^2); cuongdo:=I0*hscd*exp(-(lamda/2)^2*10^(-12)/2/Wzbp); quanglucdoc:=-4*hsdl*cuongdo*z*(hscd-2*rho^2*10^(12)/W0bp)/W0bp; P0d:=-1*10^3*1*10^(-14)/(-4*hsdl*cuongdo*f*(hscd2*(lamda/2)*10^(-12)/W0bp)/W0bp); (công suất theo lục dọc) quanglucngang:=-8*hsdl*cuongdo*rho*10^(-6)*hscd/W0bp; P0n:=-1*10^3*1*10^(-14)/(-8*hsdl*cuongdo*(lamda/2)*10^(6)*hscd/W0bp); (công suất theo lực ngang) Pct:=2*(10/bk)^3; (công suất-bán kính) with(plottools); a :=0.03*10^(-6); plot(P0d(Fs), Fs = 200 500); plot(P0n(Fs), Fs = 200 500); plot(Pct(bk), bk=1 50); a :=0.02*10^(-6); plot(P0d(Fs), Fs = 200 500); plot(P0n(Fs), Fs = 200 500); a := 0.1e-1*10^(-6); plot(P0d(Fs), Fs = 200 500); plot(P0n(Fs), Fs = 200 500); 135 [...]... trong mảng kìm quang học biến điệu quang - âm 6 3 Đối tượng nghiên cứu Mảng vi thấu kính hình thành trong các môi trường biến điệu quang - âm Mảng kìm quang học sử dụng mảng vi thấu kính biến điệu quang - âm 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về khoa học: Dựa vào lý thuyết của hiệu ứng quang - âm dẫn ra phương trình mô tả biến điệu chiết suất của môi trường, mô phỏng quá trình hình thành mảng. .. mảng kìm quang học linh động Trước tiên chúng tôi tập trung nghiên cứu khảo sát lý thuyết Nội dung nghiên cứu được đề cập trong luận án Mảng kìm quang học biến điệu quang - âm 2 Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát sự hình thành của mảng vi thấu kính trong môi trường quang - âm biến điệu bằng sóng âm - Khảo sát đánh giá các điều kiện hoạt động của mảng kìm sử dụng mảng vi thấu kính biến điệu quang - âm -... 3 Điều kiện hoạt động của mảng kìm quang học biến điệu quang âm Chương này đề xuất mảng kìm quang học sử dụng mảng vi thấu kính biến điệu quang - âm Dẫn phương trình tính phân bố không gian cường độ laser và quang lực tác động lên vi hạt nhúng trong chất lưu Khảo sát phân bố quang lực trong không gian 3D Chương 4 Khảo sát các đặc trưng của mảng kìm quang học biến điệu quang âm Chương này trình bày về... trong luận án với bố cục sau: Chương 1 Phân tích đánh giá quá trình phát triển của mảng kìm quang học Chương này tổng quan một số khái niệm về quang lực và cấu hình cơ bản của kìm quang học sử dụng một chùm tia và các dạng mảng kìm quang học khác nhau Thông qua đó, phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến ổn định của mảng kìm quang học và đề xuất ý tưởng sử dụng hiệu ứng biến điệu quang - âm tạo mảng kìm. .. kìm trong môi trường quang - âm Chương 2 Mô hình mảng vi thấu kính biến điệu quang âm Chương này đề xuất mô hình mảng kìm quang học 2D biến điệu quang - âm, thực hiện việc dẫn phương trình mô tả biến điệu chiết suất môi 7 trường quang - âm bằng hai sóng âm truyền vuông góc nhau Khảo sát phân tích sự hình thành mảng vi thấu kính Khảo sát ảnh hưởng của các tham số môi trường, sóng âm lên tiêu cự vi thấu... 2D; đánh giá tiêu cự vi thấu kính; đề xuất mảng kìm quang học biến điệu quang - âm; khảo sát phân bố quang lực và điều kiện bẫy vi hạt nhúng trong chất lưu Về thực tiễn: Khảo sát các điều kiện hoạt động của mảng kìm quang học biến điệu quang âm định hướng nghiên cứu thực nghiệm 5 Phương pháp nghiên cứu - Phân tích lý thuyết - Mô phỏng bằng phương pháp toán và phần mềm máy tính 6 Bố cục của luận án Kết... 2D của mảng kìm quang học biến điệu quang - âm trong các môi trường khác nhau 104 Hình 4.9 Lưới sàng 3D của mảng kìm biến điệu quang - âm trong tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 106 Hình 4.10 Đặc trưng cường độ laser cực tiểu - tần số sóng âm với các 14 bán kính vi hạt khác nhau cho quang lực dọc Fgr , z  1.10 N 111 Hình 4.11 Đặc trưng cường độ laser cực tiểu - tần số sóng âm với... thuộc của tiêu cự vi thấu kính vào độ dày môi trường với tần số sóng âm khác nhau; 69 Hình 2.20 Phụ thuộc của tiêu cự vi thấu kính vào độ dày môi trường với cường độ sóng âm thay đổi 70 x Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mô hình mảng kìm quang học sử dụng vi thấu kính biến điệu sóng quang - âm 73 Hình 3.2 Mảng kìm quang học trong chất lưu chứa vi hạt (tương đương với cấu hình sử dụng thấu... chảy 33 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của MSOT [20] 34 Hình 1.22 a) Mảng kìm sử dụng AOD biến điệu quang - âm, b) Vết quét của AOD [27] 35 Hình 2.1 Khối môi trường quang - âm biến điệu bởi một nguồn sóng âm (NSA) theo một chiều X 38 Hình 2.2 a) Phân bố chiết suất của môi trường quang - âm theo trục x (Λ); b) Chiếu trên mặt phẳng (X,Y) 41 Hình 2.3 a) Ống dẫn sóng... sóng âm, tức là thay đổi tín hiệu điện của nguồn sóng âm Bằng cách này, quá trình điều khiển tâm kìm trong không gian ba chiều sẽ linh động hơn (không cần thay thế mảng vi thấu kính khác) và tránh được sai số cơ học như các hệ đã trình bày ở trên Ý tưởng này có thể thực hiện được dựa trên kết quả công nghệ chế tạo vật liệu quang - âm và nguồn sóng siêu âm Một số môi trường quang - âm có hệ số quang ... định mảng kìm quang học đề xuất ý tưởng sử dụng hiệu ứng biến điệu quang - âm tạo mảng kìm môi trường quang - âm Chương Mô hình mảng vi thấu kính biến điệu quang âm Chương đề xuất mô hình mảng kìm. .. luận án Mảng kìm quang học biến điệu quang - âm Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát hình thành mảng vi thấu kính môi trường quang - âm biến điệu sóng âm - Khảo sát đánh giá điều kiện hoạt động mảng. .. trường, sóng âm lên tiêu cự vi thấu kính Chương Điều kiện hoạt động mảng kìm quang học biến điệu quang âm Chương đề xuất mảng kìm quang học sử dụng mảng vi thấu kính biến điệu quang - âm Dẫn phương