luận án mảng kìm quang học biến điệu quang âm

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mô hình mảng kìm quang học sử dụng vi thấu kính biến điệu sóng quang - âm..... Hình 4.8 Đặc trưng cường độ - tần số sóng âm khi sàng 2D của mảng kìm quang học biến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN VĂN THỊNH

MẢNG KÌM QUANG HỌC BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của bản luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Hồ Quang Quý Các kết quả trong luận án là trung thực chưa có trong các luận án khác và tôi

đã công bố trên 06 tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước

Tác giả luận án

Nguyễn Văn Thịnh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến PGS TS Hồ Quang Quý, người Thầy đã hướng dẫn tận tình và động viên bản thân tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận án với tinh thần đầy trách nhiệm Thầy đã giúp tôi nâng cao kiến thức, nghị lực, phát huy được sáng tạo và hoàn thành tốt luận án

Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến quí Thầy Cô giáo trong khoa Vật lý và Công nghệ Trường Đại học Vinh đã đóng góp nhiều ý kiến khoa học bổ ích cho nội dung của luận án, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian học tập

và nghiên cứu tại Trường Đại học Vinh

Tôi cũng xin được cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bạc Liêu và Trường Đại học Vinh đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho bản thân tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu trong những năm qua

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án

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

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 6

3 Đối tượng nghiên cứu 7

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 7

5 Phương pháp nghiên cứu 7

6 Bố cục của luận án 7

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẢNG KÌM QUANG HỌC 9

1.1 Quang lực 9

1.2 Phân bố quang lực trong không gian 17

1.3 Cấu hình cơ bản và nguyên lý hoạt động của kìm quang học 22

1.4 Mảng kìm quang học 24

Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH MẢNG VI THẤU KÍNH BIẾN ĐIỆU QUANG - ÂM 38

2.1 Phân bố chiết suất của môi trường biến điệu quang - âm một chiều 38

2.2 Mô hình biến điệu quang - âm hai chiều 43

2.3 Phân bố chiết suất của môi trường biến điệu quang - âm hai chiều 44

2.4 Khảo sát phân bố chiết suất 2D trong tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 47

2.5 Mảng vi thấu kính biến điệu quang âm 51

2.6 Tính tiêu cự của vi thấu kính 57

Kết luận chương 2 71

CHƯƠNG 3 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 khẩu độ số của vi thấu kính 75

3.3 Phân bố cường độ laser trên tiêu diện vi thấu kính 81

3.4 Quang lực gradient dọc và ngang 87

3.5 Khảo sát phân bố quang lực tác động lên vi hạt nhúng trong chất lưu 90

Kết luận chương 3 93

CHƯƠNG 4 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 4 115

KẾT LUẬN CHUNG 116

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH

DÙNG TRONG LUẬN ÁN

khe nhiễu xạ

ICOT Intelligently Control Optical

Tweezers

Mảng kìm quang học thông minh

T3S Time - Sharing Synchronized

Scanning

Thời gian quét đồng bộ

Tweezers

Mảng kìm quang học sử dụng mảng vi thấu kính

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

A Diện tích khẩu độ thấu kính (m2)

f, f1, f2 Tiêu cự thấu kính (m)

3

φx , φy Pha ban đầu của hai sóng theo chiều x,y

)

∆t Độ biến thiên thời gian (s)

n0 Biên độ chiết suất

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Mô tả quá trình photon truyền xung lượng cho vi hạt khi

phản xạ trên mặt ngoài 10

Hình 1.2 Mô tả quá 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 các đường sức [5] 13

Hình 1.5 Các lực tác động lên các vi hạt điện môi nằm trong chùm laser phân bố dạng Gaussian [2] 16

Hình 1.6 Các lực tác động lên vi hạt nằm trong chùm tia dạng Hollow-Gaussian [2] 17

Hình 1.7 Chùm laser TEM00 phát ra từ buồng cộng hưởng phẳng [2] 17

Hình 1.8 a) Phân bố cường độ trong vết chùm tia (x( 0),y(0)) [2];

b) Phân bố quang lực gradient ngang trong vết chùm tia [2] 18

Hình 1.9 Mẫu dao động tương đương của kìm quang học [72] 19

Hình 1.10 a) Phân bố quang lực dọc trên trục chùm tia [2];

b) dọc tia cách trục một khoảng =2W0 [2] 22

Hình 1.11 Sơ đồ chi tiết cấu tạo kìm quang học sử dụng một chùm laser trong 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 bằng mảng nhiễu xạ [74] 26

Hình 1.14 Mảng kìm 4 4 tạo bởi hệ quang nhiễu xạ và các hạt thủy tinh được bẫy (a); Mảng các thủy tinh được bẫy sau 1/3s (b); Các hạt thủy tinh được bẫy sau 3,1s (c) và Quỹ đạo chuyển động của các hạt thủy tinh sau khi tắt laser (d) 26

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của kìm IOT [59] G-gương, L1, L2, L3-

thấu kính, BCT - bản chia tia, QPC - kính quay phân cực,

Hình 1.16 Hai chùm tia giao thoa tại tiêu diện vi thấu kính (a) và vân

giao thoa trên mặt phẳng mẫu (b) 28

Hình 1.17 Quá trình quét vi cầu chiết suất nhỏ [59] a), b) dịch chuyển

từ phải sáng trái b), c) dịch chuyển từ trên xuống dưới

c) - e) quét sáng phải sau đó sáng trái 29

Hình 1.18 Sơ đồ cấu tạo của mảng kìm 2,5D ICOT [85] 31 Hình 1.19 Mảng kìm và mảng các vi cầu được bẫy [85] 32 Hình 1.20 Quá trình tạo mảng trụ SU-8 bằng chùm proton và ăn mòn

hóa học [20] a) Khắc bằng chùm proton, b) Ăn mòn hóa học, c) Nhiệt nóng 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 GRIN b) Thấu kính GRIN 42 Hình 2.4 a) Phân bố chiết suất theo trục x trong khoảng một bước

sóng âm Λ ; b) Mô tả vết hội tụ ánh sáng do thấu kính trụ 42

Hình 2.5 Mô tả quá trình hội tụ qua hai thấu kính trụ vuông góc với

nhau của chùm ánh sáng 43

Hình 2.6 Cấu tạo của bộ biến điệu quang - âm bằng hai sóng âm nhìn

từ trên xuống theo trục z 44

Hình 2.7 Phân bố chiết suất của tinh thể vô định hình Ge33As12Se33

Is  1, 0.10 W /m ,

Is  3, 0.10 W /m , (b) và 7 2

Is  8, 0.10 W /m , (c); d) Sự hình thành mảng chiết suất - vùng chiết suất giống nhau trên mặt phẳng (X,Y) 48

Hình 2.8 a) Phân bố chiết suất trong diện tích ,

b) Đường đẳng chiết trong diện tích  (   0), 50

c) Đường đẳng chiết trong diện tích  (    / 2), 50 b) Đường đẳng chiết trong diện tích  (   3 / 2  ) 50

Hình 2.9 Khối GRIN của tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 biến điệu

quang - âm 51

Hình 2.10 Phân bố chiết suất cực tiểu (đỏ) và cực đại (xanh) trong hai

mặt phẳng khác nhau xoay quanh trục của khối GRIN 52

Hình 2.11 Mô hình tương đương thấu kính của khối GRIN 54

a) Quang trình của tia sáng qua khối GRIN n(x,y;) 54 b) Quang trình của tia sáng qua khối chiết suất không đổi n

chiều dày d và thấu kính chiết suất không đổi n mặt cong d’(x,y) 54

Hình 2.12 Phân bố d’ (x[Λ],y[Λ]) tương đương thấu kính của khối

thành phần trong tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 biến điệu quang - âm 55

Hình 2.13 Mặt cắt chóp cầu nd’(x,y) 55 Hình 2.14 Hệ tọa độ của khối GRIN thứ nhất theo hệ tọa độ của môi trường 60 Hình 2.15 Phân bố chiết suất theo biến x’ 61 Hình 2.16 Phân bố chiết suất gần đúng theo biến x’ 62 Hình 2.17 So sánh phân bố chiết suất mô tả theo hai phương trình

(2.20) - đường chấm chấm và (2.24) - đường liền nét 63

Hình 2.18 Cấu hình vi thấu kính biến điệu quang - âm bởi hai sóng

siêu âm vuông góc với nhau: a) hình chiếu theo trục z, b) hình chiếu theo trục x (y) 68

Hình 2.19 Phụ 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

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 kính chế tạo sẵn [20]) 74

Hình 3.3 Phụ thuộc của NA vào độ dày tinh thể Ge33As12Se33 77

Hình 3.4 Phụ thuộc của NA vào FS và Is 78

Hình 3.5 Phụ thuộc của khẩu độ số vào độ dày tinh thể GaAs 79

Hình 3.6 Phụ thuộc của NA vào FS và Is 80

Hình 3.7 Cấu hình kìm quang học sử dụng một vi thấu kính 81

Hình 3.8 Phân bố cường độ trong đĩa Airy [36] 82

Hình 3.9 Phân bố cường độ trên mặt phẳng pha (ρ,z) 86

Hình 3.10 Phân bố cường độ laser trên tiêu diện (z=f): a) Dạng phân bố, b) Chiếu trên mặt phẳng (X,Y) 87

Hình 3.11 Phân bố quang lực dọc trên mặt phẳng pha (z,ρ) 91

Hình 3.12 Phân bố quang lực ngang trên mặt phăng pha (ρ,z) 92

Hình 4.1 Vị trí tâm các vi thấu kính trong môi trường Ge33As12Se33 được biến điệu bởi sóng âm có bước sóng Λ và pha ban đầu bằng φ=0 95

Hình 4.2 Vị trí của vi thấu kính thứ nhất khi pha ban đầu bằng không ( 0) 96

Hình 4.3 Vị trí của vi thấu kính thứ thất a)  / 4, b)  / 2 97

Hình 4.4 Vị trí của vi hạt trên mặt phẳng (X,Y) trong quá trình sàng bằng phương pháp thay đổi tần số sóng âm (pha ban đầu 0   ): a) F s 500MHz, b) F s 350MHz và c) F s 200MHz 99

Hình 4.5 Thay đổi tiêu cự vi thấu kính theo tần số sóng âm 100

Hình 4.6 Các vi hạt dao động trong vùng bẫy của vi thấu kính tĩnh [20] 101

Hình 4.7 Đặc trưng cường độ - tần số cho quá trình sàng trên mặt (X,Y) ứng với tiêu cự vi thấu kính f 2D khác nhau 103

Hình 4.8 Đặc trưng cường độ - tần số sóng âm khi sàng 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

, 1.10

gr z

Hình 4.11 Đặc trưng cường độ laser cực tiểu - tần số sóng âm với các

bán kính vi hạt khác nhau cho quang lực ngang

14

gr

F    N 112

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thập kỷ sáu mươi của thế kỷ 20, sau khi laser ra đời, Arthur Ashkin cùng các cộng sự đã phát hiện ra rằng, một chùm laser được hội tụ có thể kéo các hạt có chiết suất lớn hơn môi trường xung quanh vào tâm chùm tia Gaussian [11], [12], đồng thời, chúng được giữ và đẩy theo chiều truyền lan của ánh sáng Ngay sau đó (1970), ông đã thiết kế một hệ quang học để điều khiển hạt trong chất lỏng, chất khí bằng cách cân bằng áp lực bức xạ với lực trọng trường và đã đề xuất cấu hình một hệ quang giữ các vi hạt trong không gian ba chiều bằng hai chùm tia laser truyền lan ngược chiều [11] Hệ quang này được xem như một “bẫy quang học” và được thiết kế thành công lần đầu tiên vào năm 1986 do Ashkin, Chu và cộng sự Trong những năm qua khi công nghệ quang phát triển, bẫy quang học trở thành thiết bị hiệu dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu các hạt vi mô, trong đó, có sinh vật, hoá học, vật lý và lý sinh nhằm mục đích giam giữ hay điều khiển các đối tượng nghiên cứu như nguyên tử (phản ứng hóa học) [21], [41],[61], [78], chuỗi ADN (tách các phân tử) [24],[42], [60], tế bào sống (cô lập) [51], [65], [84]

Kìm quang học là một công cụ giam giữ và điều khiển vi hạt, sử dụng lực gradient của một chùm tia có thể được chế tạo bằng cách hội tụ chùm laser thành một vết nhỏ có đường kính trên giới hạn nhiễu xạ nhờ một hệ quang có khẩu độ số NA lớn [4], [52] Lực gradient của ánh sáng mạnh nhất là xung quanh điểm hội tụ và sẽ tạo nên một hố thế Trong hố thế này các hạt có chiết suất lớn hơn chiết suất môi trường xung quanh và có động năng bé sẽ bị bẫy trong hố thể Các vi hạt điện môi, các vi hạt kim loại được bọc lớp điện môi [43], [54] cũng như cá thể sống có kích thước từ vài na nô mét đến vài chục micrô mét như thực bào hay bạch huyết cầu [42], [68] có thể bị giữ nhờ bẫy quang học Tuy nhiên, khi không có sự khác biệt về chiết suất giữa hạt và môi

trường xung quanh sẽ không có lực quang học nào tác động lên hạt Nếu chiết suất của hạt nhỏ hơn chiết suất môi trường, hạt sẽ bị đẩy ra khỏi chùm tia nếu chùm tia có phân bố cường độ dạng Gaussian Ngược lại, các hạt này sẽ bị bẫy nếu sử dụng chùm tia có phân bố cường độ dạng Hollow-Gaussian, theo đó, cường độ tại tâm nhỏ nhất và tăng dần theo bán kính hướng tâm (tăng dần từ tâm ra biên) [54], [83], [89]

Lý thuyết về bẫy quang học chủ yếu là tính toán lực tác động lên hạt với các điều kiện môi trường khác nhau Cách tính quang lực tác động lên vi hạt liên quan trực tiếp đến các chế độ tán xạ trong đó, kích thước vi hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng laser thì sử dụng chế độ Rayleigh [17], [30], [56], [89] kích thước vi hạt lớn hơn bước sóng ánh sáng laser thì sử dụng chế độ quang hình [12] hay kích thước vi hạt tương đương bước sóng laser thì sử dụng chế độ Mie [13], [48], [49] Nhiều công trình đã quan tâm đến ảnh hưởng của các tham số kìm quang học lên quang lực Qua biểu thức tính quang lực, các tác giả đã khảo sát ảnh hưởng của độ rộng xung laser, cường độ đỉnh, độ nhớt chất lưu, kích thước vi hạt lên quang lực và phân bố của nó theo không gian và thời gian [33], [35], [53], [54], [63] Trong công trình của mình, tác giả H Kim [37] đã tìm được sự phụ thuộc của hiệu suất bẫy vào tỉ số giữa bán kính chùm tia và khẩu độ số của hệ quang

Ngoài ba chế độ Rayleigh, quang hình và Mie, O Moine và B Stout [67] đã sử dụng phương pháp véc tơ để tính quang lực khi sử dụng chùm tia

có phân bố cường độ bất kỳ trên tiết diện ngang Các công trình trên chỉ áp dụng hạn chế cho trường hợp đặc biệt (các hạt là vi cầu) Kết hợp ba chế độ Rayleigh, Mie và quang hình, D Bonessi và cộng sự đã tính quang lực tác động lên hạt có hình dạng và kích thước bất kỳ Năm 2008, Cui [22] và năm

2009, Jian cùng các cộng sự đã tính quang lực tác động lên các vật thể có kích thước cỡ nanô [17], [61] Tất cả các phương pháp tính trên được tổng quan

Các công trình lý thuyết tính quang lực trên đều dừng lại ở trường hợp sóng phẳng, tức là áp dụng cho chùm laser phát ra từ buồng cộng hưởng gương phẳng trong chế độ phát liên tục (TEM00) [3] Trong thực tế, chùm tia laser Gaussian, phát ra từ buồng cộng hưởng gương cầu là chủ yếu và được điều biến xung Do đó, từ năm 2005 đến nay, nhiều tác giả đã tính toán cho

mô hình kìm sử dụng xung laser [4], [34], [53], [54], [55], [72]

Zhao và cộng sự đã công bố kết quả tính quang lực cho kìm sử dụng một chùm xung Gaussian [53] Bằng phương pháp mô phỏng, Zhao đã khảo sát phân

bố quang lực ngang và dọc trên các mặt phẳng pha (,z), (,t) và (z,t)

Những năm gần đây, Hồ Quang Quý và cộng sự đã nghiên cứu một số cấu hình bẫy quang học, kìm quang học và ảnh hưởng các tham số thiết kế [1]

và một vài hiệu ứng vật lý lên hoạt động của chúng [64], [72], [73]

Cấu hình kìm quang học sử dụng một chùm tia hay nhiều chùm tia laser cố định chỉ hữu hiệu cho mục đích giam giữ hoặc điều khiển đơn vi hạt (một hạt hoặc gom một số hạt vào một điểm) [40], [58], [70], [71], [77], [81] Với mục đích giam giữ và điều khiển đồng thời được nhiều vi hạt trong một không gian nhất định và thời gian nhất định, mảng kìm quang học có thể được tạo ra bởi nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và ứng dụng Với tốc độ quét chùm tia nhanh hơn vận tốc chuyển động nhiệt của vi cầu trong chất lưu, phương pháp quét một chùm tia theo không gian (thời gian) tạo ra mảng vùng bẫy hai chiều trên tiết diện ngang của chất lưu [8], [16], [32], [84] Nhờ đó, có thể gom được nhiều vi cầu vào một vùng mong muốn Phương pháp sử dụng hệ quang có chứa linh kiện nhiễu xạ, có thể tạo ra được nhiều điểm hội tụ của chùm tia trên tiết diện ngang của chất lưu, nhờ đó, có thể bẫy đồng thời nhiều vi cầu tại các vị trí mong muốn trong không gian 2D của mặt mẫu [26], [29], [38], [39], [59] Phương pháp này sử dụng linh kiện nhiễu xạ cố định (cứng), do đó, kích thước của mảng kìm sẽ cố định, dẫn đến khó có thể bẫy được tất cả các vi cầu có phân bố ngẫu nhiên trong chất lưu

[62], [82] Nếu khi nồng độ các vi cầu trong chất lưu thấp, cần phải thay thế linh kiện nhiễu xạ cho phù hợp Đây là vấn đề phức tạp và tốn kém trong chế tạo mảng kìm

Phương pháp sử dụng phần mềm máy tính điều khiển cơ cấu của hệ quang, có thể thay đổi tiêu điểm của kính vật (vết chùm tia laser) trong không gian ba chiều (X, Y, Z), tạo ra mảng kìm quang học 2,5D [85] Các mảng kìm quang học sử dụng phương pháp điều khiển thông minh là phương pháp tiên tiến hiện nay Tuy nhiên, các tác giả cũng chỉ ra rằng, việc điều khiển bằng máy tính toàn bộ hệ quang gồm nhiều chi tiết cơ - quang với độ chính xác cao

sẽ khó khăn trong ổn định vùng bẫy

Phương pháp sử dụng mảng vi thấu kính, được chế tạo bằng phương pháp khắc proton, đặt trên quang trình của chùm tia laser đã tạo ra mảng kìm quang học 2D Nhờ đó, có thể bẫy và giam giữ các vi cầu trên tiết diện ngang của chất lưu, tại một mặt phẳng xác định trên trục chùm tia laser (tại tiêu diện của các vi thấu kính) [20] Tuy nhiên, cũng như phương pháp sử dụng linh kiện nhiễu xạ, mảng vi thấu kính được chế tạo sẵn (cứng) với kích thước vi thấu kính (đường kính mở) và kích thước mảng (chu kỳ lặp) cố định Để có thể thay đổi quang lực (thay đổi gradient cường độ chùm tia), thay đổi vùng ổn định hay tăng kích thước mạng cần phải thay thế mảng thấu kính khác Yêu cầu này dẫn đến, cần có một loạt các mảng thấu kính chế tạo sẵn với các thông số khác nhau để thay đổi, đồng thời phải thay đổi lại hệ quang cho phù hợp Rõ ràng, để đảm bảo được yêu cầu trên, quá trình thực nghiệm thiết kế chế tạo sẽ phức tạp hơn, đồng thời tốn kém kinh phí

Từ những lý do trên, yêu cầu đặt ra là cần có một mảng vi thấu kính linh động, có thể điều khiển được các thông số của mạng (khoảng cách giữa các vi thấu kính) và của vi thấu kính (đường kính, tiêu cự, độ dày) tại thời điểm mong muốn Hay nói cách khác, cần có một mảng vi thấu kính linh

động có thể điều khiển nhẹ nhàng hơn Đây là vấn đề khoa học và công nghệ còn bỏ ngỏ, cần được quan tâm nghiên cứu

Như chúng ta đã biết, chiết suất của môi trường có thể được biến điệu bởi sóng âm và hiệu ứng quang - âm được ứng dụng để tạo ra nhiều thiết bị quang khác nhau [14], [28], [80], [86],[88] Nếu một môi trường được biến điệu bởi sóng âm dạng hình sin, thì chiết suất của chúng sẽ thay đổi dạng hình sin với biên độ biến điệu tỉ lệ thuận với cường độ sóng âm và hằng số đáp ứng của môi trường Khi đó, môi trường sẽ trở thành chuỗi nhiều lớp có chiết suất thay đổi liên tục (GRIN) Bằng cách nào đó, nếu có thể tạo ra được mảng các khối môi trường nhỏ có chiết suất GRIN chúng ta sẽ được mảng các vi thấu kính có đường kính tương đương bước sóng sóng âm Hơn nữa, tiêu điểm của các vi thấu kính đơn trong mảng sẽ được điều khiển trong không gian ba chiều bằng cách thay đổi cường độ và tần số 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 giảo lớn như thủy tinh thạch anh (SiO2), tinh thể Galium Asenite (GaAs) [25], [50], [86] hoặc Germanium và tinh thể dẫn xuất vô định hình Ge33As12Se33 [66] được sử dụng Trong số các vật liệu quang - âm

kể trên, tinh thể vô định hình Ge33As12Se33 có hệ số quang giảo lớn nhất Tinh thể vô đinh hình Ge33As12Se33 nhận được sau khi cắt bỏ một số một số nguyên tử Se trong thủy tinh Ge33As12Se55 bằng phương pháp laser xung cực nhanh Thủy tinh Ge33As12Se55 là một loại thủy tinh rất quan trọng của vật liệu vô định hình, nó được chế tạo băng phương pháp nóng chảy làm lạnh nhanh từ các nguyên chất có độ tinh cao [91], [92] Nó có nhiều ứng dụng

như tạo bộ nhớ quang học thay đổi pha, tế bào pin mặt trời, ống dẫn sóng quang học Thuỷ tinh này trong suốt trong vùng hồng ngoại trung với chiết suất tuyến tính và phi tuyến cao Với tính chất quang đã nói, hiện nay vật liệu này được quan tâm nhiều trong việc chế tạo ống dẫn quang trong sử lý tín hiệu phục vụ truyền tín hiệu tốc độ cao và bộ tách ghép đa bước sóng với tốc độ cực cao 640 Gb/s Ngoài yếu tố vật liệu quang - âm, hiện nay các nguồn sóng siêu âm có cường độ lớn đã được chế tạo Năm 2002, Kohrmann

và cộng sự [93] đã chế tạo thành công nguồn phát sóng siêu âm bằng ống

128mm cho cường độ trung

Is   3 10 W /m để nghiên cứu về các lớp vật liệu chống âm [94]

Trên cơ sở phát triển của khoa học và công nghệ về vật liệu quang - âm

và nguồn siêu âm, chúng tôi thực hiện ý tưởng tạo mảng vi thấu bằng hiệu ứng quang - âm thỏa mãn yêu cầu tạo 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

- Nghiên cứu quá trình sàng và phương pháp sàng vi hạt trong mảng

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 vi thấu kính 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

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

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 kính

Chương 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 nguyên lý sàng 2D, 3D bằng phương pháp điều khiển tần số, pha ban đầu và cường độ sóng âm Phân tích điều kiện quang lực và khảo sát các đặc trưng công suất laser-tần số, công suất laser tối thiểu- bán kính tối thiểu của vi hạt

Phần kết luận chung

Trình bày tóm lược nội dung nghiên cứu chính, những kết quả mới của luận án và một số đề xuất nghiên cứu tiếp

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

CỦA MẢNG KÌM QUANG HỌC

1.1 Quang lực

1.1.1 Định nghĩa quang lực

Năm 1970, trong công trình của mình A Ashkin đã định nghĩa “Quang

lực là áp lực tác động lên vật của bức xạ trong vùng quang học” [11] Từ đây,

khái niệm quang lực được sử dụng để mô tả áp lực của chùm laser tác động lên các vi hạt điện môi Do đó, chúng ta chỉ quan tâm đến chùm laser và vi hạt điện môi (hay vi hạt không hấp thụ năng lượng laser) khi nói đến quang lực

Khi một chùm laser hội tụ lên một vi hạt điện môi, khi đó, sẽ có nhiều dạng quang lực khác nhau tác động lên nó, đó là:

+ Quang lực tán xạ là lực sinh ra do hiện tượng tán xạ của chùm laser

trên mặt ngoài của vi hạt điện môi Giả thiết một photon có xung lượng

p k chiếu lên mặt ngoài của vi hạt cầu (hình 1.1) Sau khi phản xạ, photon

có xung lượng p'   k Như vậy, photon đã thay đổi xung lượng một



 (1.2) Như vậy, một chùm laser gồm N photon tán xạ từ vi hạt, sẽ tác động vào hạt một lực:

trong đó,

Nc k P

  được định nghĩa là công suất tán xạ từ hạt Lực F này

đẩy vi hạt chuyển động theo chiều truyền lan của chùm tia laser

Hình 1.1 Mô tả quá trình photon truyền xung lượng cho vi hạt

khi phản xạ trên mặt ngoài

Trong trường hợp một chùm laser gồm M tia thành phần chiếu vào vi hạt theo các góc khác nhau, các tia này sẽ phản xạ theo các góc i khác nhau,

lúc đó ta nói chùm laser bị tán xạ Sau khi phản xạ, mỗi tia này sẽ truyền cho

vi hạt một xung lượng là  p i 2 k icosi Do đó, chùm tia laser đã truyền cho

vi hạt một xung lượng là tổng của tất cả các xung lượng thành phần, tức là:

+ Quang lực gradient là lực tác động lên vi hạt do hiện tượng khúc xạ

của tia sáng Giả sử một tia laser khúc xạ qua vi hạt cầu như hình 1.2 Sau khi khúc xạ hai lần, xung lượng của tia ra khỏi vi hạt thay đổi một xung lượng là:

i i i i

p k  k

Hình 1.2 Mô tả quá trình tia khúc xạ truyền xung lượng cho vi hạt

Giả sử chùm tia gồm M tia song song có cường độ như nhau và tia trung tâm đi qua đường kính vi hạt Sau khi khúc xạ, các tia hai bên tia trung tâm sẽ uốn gãy vào tia trung tâm Tia càng xa tia trung tâm góc uốn của chúng càng lớn (hình 1.3a) Như vậy, các tia sẽ hội tụ vào một điểm và cường độ tại điểm đó là lớn nhất Lúc này, cường độ sẽ thay đổi tăng dần (gradient dọc) trên khoảng cách lân cận điểm hội tụ Vì vậy, xung lượng tổng sẽ là:

Xung lượng này sẽ gây nên lực tác động vào hạt theo hướng vào điểm cường độ lớn nhất và p gr zd. được gọi là quang lực gradient dọc

Nếu chùm tia gồm M tia song song, tia trung tâm có cường độ lớn nhất

và các tia càng xa tia trung tâm có cường độ giảm dần (hình 1.3b) Sau khi

p   k   p'i k i i k i

khúc xạ, các tia cũng hội tụ vào một điểm Tuy nhiên, lúc này cường độ thay đổi không những theo trục (gradient dọc) mà theo bán kính hướng tâm (gradient ngang) Khi đó, hướng của xung lực tổng gồm hai thành phần, một hướng vào điểm hội tụ và một hướng vào tia trung tâm

+ Quang lực trong chế độ Mie: Nếu nguồn ánh sáng với bước sóng

tương đương kích thước của vi hạt điện môi ( 2a , trong đó a là bán kính

vi hạt), khi đó lực tác động lên vi hạt được tính gần đúng theo chế Mie, ta nói

quang lực trong chế độ Mie [12], [48]

+ Quang lực trong chế độ quang hình: Nếu nguồn ánh sáng với bước

sóng nhỏ hơn nhiều so với kích thước của vi hạt điện môi ( , trong đó

a là bán kính vi hạt), khi đó lực tác động lên vi hạt được theo chế độ quang

hình, ta nói quang lực trong chế độ quang hình [12], [19], [48], [49], [57]

+ Quang lực trong chế độ Rayleigh: Nếu nguồn ánh sáng với bước sóng

lớn hơn nhiều so với kích thước của vi hạt điện môi (  2a , trong đó a là

bán kính vi hạt), khi đó vi hạt điện môi được xem là lưỡng cực điểm (hình 1.4) [5] và lực tác động của ánh sáng lên vi hạt được đánh giá trong chế độ Rayleigh [22], [31], [33-34], [53], [72], [89]

Hình 1.4 Lưỡng cực điểm với các đường sức [5]

Trong chế độ Rayleigh, lực tác động lên vi hạt tại tọa độ x itrong trường điện từ là lực Lorentz [47]:

Pqd , trong đó, d là khoảng cách giữa hai điện tích Đối với lưỡng cực

điểm, khoảng cách giữa hai điện tích là d x1 x2 là giá trị   1vô cùng nhỏ Đối với hai điện tích khác dấu, lực được tính như sau:

2 2)

B E

10 Hz

thời gian của số hạng thứ hai sẽ bằng không, do đó, lực tán xạ có thể rút gọn như sau:

2

F   E (1.12)

Bình phương độ lớn điện trường tỉ lệ thuận với cường độ của chùm laser Như chúng ta đã biết, cường độ chùm laser phụ thuộc vào tọa độ không gian (vị trí) Khi được hội tụ, hay phát ra từ buồng cộng hưởng, cường độ có gradient theo không gian (hình 1.5), do đó, quang lực sẽ xuất hiện do gradient của cường độ Sau khi sử dụng các biểu thức tính cường độ, lực gradient có thể viết dưới dạng sau [11]:

2 3

1 ˆ

trong đó, z là véc tơ đơn vị theo trục z,

mn h/n m là tỉ số chiết suất của vi hạtn h và môi trường n m,

2 3 2

1 2

2

m

m

n a m



  gọi là hệ số phân cực[11], [83]

2 3

 là véc tơ đơn vị trên trục hướng tâm ,

Khi một vi hạt điện môi nằm trong (không gian) chùm tia, các lực quang tán xạ, gradient dọc và ngang sẽ tác động lên nó Trong trường hợp vi hạt được nhúng trong môi trường chất lưu, nếu chiết suất của vi hạt lớn hơn chiết suất chất lưu, vi hạt sẽ được hút vào tâm thắt chùm (vào tọa độ 0) như trong hình 1.5, với điều kiện lực tán xạ rất nhỏ so với lực gradient dọc

Hình 1.5 Các lực tác động lên các vi hạt điện môi

nằm trong chùm laser phân bố dạng Gaussian [2]

Khi đó, ta nói vi hạt bị bẫy trong chùm tia laser Hiện tượng này gọi là

bẫy quang học Ngược lại, nếu lực tán xạ lớn hơn so với quang lực dọc, vi hạt

sẽ bị hút vào trục chùm tia và đẩy dọc theo chiều truyền lan của chùm laser

Trong trường hợp vi hạt có chiết suất nhỏ hơn chiết suất của chất lưu, tức

là m<1, các lực gradient sẽ có chiều ngược lại, do đó, vi hạt sẽ đẩy ra khỏi tâm thắt chùm (nơi có mật độ năng lượng lớn nhất) và ra khỏi chùm tia Trong trường hợp này, vi hạt có thể được bẫy nếu sử dụng chùm tia dạng Hollow-Gaussian (hình 1.6) Tuy nhiên, khi sử dụng chùm Holloww-Gaussian, lực tán

xạ không thể triệt tiêu khi vi hạt nằm trong chùm tia, nhưng sẽ bị triệt tiêu khi ra khỏi chùm tia và do đó, nó sẽ được bẫy tại lõi của chùm tia

Hình 1.6 Các lực tác động lên vi hạt nằm trong chùm tia

dạng Hollow-Gaussian [2]

1.2 Phân bố quang lực trong không gian

1.2.1 Phân bố quang lực gradient ngang gây ra bởi chùm laser TEM 00

Giả sử rằng chùm tia laser dạng sóng phẳng được phát ra từ buồng cộng hưởng phẳng có mode TEM00 (hình 1.7)

Hình 1.7 Chùm laser TEM 00 phát ra từ buồng cộng hưởng phẳng [2]

Phân bố cường độ trên đường kính vết chùm tia được trình bày trên hình 1.8a

Hình 1.8 a) Phân bố cường độ trong vết chùm tia (x( 0),y(0)) [2];

b) Phân bố quang lực gradient ngang trong vết chùm tia [2]

Khi một vi hạt điện môi rơi vào vết chùm tia (giả thiết là hạt nằm trên bản mẫu) thì nó sẽ bị tác động bởi lực gradient ngang Sử dụng phương trình (1.14) và (1.16), quang lực ngang sẽ là:

2 0

lực gradient ngang tại0sẽ là lớn nhất (hình 1.8b) và giảm nhanh về hai phía của0 và bằng không tại tâm vết Như vậy, phân bố giá trị tuyệt đối quang lực gradient trên vết chùm tia tạo ra một “hố thế” đối với vi hạt điện môi (theo 1.8b), hướng của lực ngược với hướng chuyển động của hạt Nếu vi hạt rơi vào vùng hố thế này sẽ bị quang lực đẩy vào tâm vết chùm tia Vùng xuất hiện hố thế này gọi là vùng bẫy Khi một ngoại lực,F ng ngược chiều với quang lực tác động vào vi hạt sẽ đẩy nó ra xa tâm vết, quang lực tiếp tục đẩy

nó vào tâm nếu F grd,  F ng và ra khỏi hố thế nếu F grd,  F ng Khi vi hạt nhúng trong môi trường chất lưu với độ nhớt nhất định, một trong những lực ngoài là lực Brown Sự cạnh tranh giữa quang lực và lực Brown sẽ làm cho

vi hạt dao động trong vùng bẫy với một hệ số đàn hồi k tr nhất định (hình 1.9) [18], [72], [84]

Hình 1.9 Mẫu dao động tương đương của kìm quang học [72]

Kìm quang học bẫy được vi hạt là nhờ vào phân bố cường độ kiểu hố thế trên, nhờ đó mà một chùm laser TEM00, phát ra từ buồng cộng hưởng phẳng có thể được sử dụng để bẫy các hạt nhúng trong mặt phẳng chất lưu (trong không gian hai chiều) Tuy nhiên, chùm laser này không thể sử dụng

để thiết kế kìm quang học cho các vi hạt lơ lửng trong khối chất lưu (không gian ba chiều)

1.2.2 Phân bố quang lực dọc gây ra bởi chùm laser TEM 00 dạng sóng Gaussian lên vi hạt điện môi

Giả sử chùm tia laser phát ra từ buồng cộng hưởng phẳng hoặc buồng cộng hưởng cầu (TEM00) và được hội tụ bởi một hệ quang Chùm laser này được mô tả gần đúng Gaussian (hình 1.5) Với chùm laser này, phân bố cường

độ của nó trong không gian ba chiều được biểu diễn [25]:

2 0

0 0

Giả sử vi hạt không nằm trong mặt phẳng xác định mà nằm tại một vị trí z nào đó Khi đó, vi hạt còn chịu tác động của quang lực dọc gây ra do gradient cường độ theo trục chùm tia (trục z) Để đơn giản, chúng ta giả thiết

vi hạt nằm trên trục chùm tia, khi đó   0 Từ (1.18), biểu thức mô tả cường

độ trên trục z như sau:

0

2 ( )

Phân bố quang lực trên trục chùm tia trình bày trên hình (1.10a) với

hệ số phân cực của vi hạt dương (>0, tức là tỉ số chiết suất m>1) Ta thấy, quang lực gradient dọc phân bố đối ngẫu qua tâm (điểm z=0) Tương tự như trong trường hợp của lực gradient ngang, khoảng cách giới hạn bởi hai điểm có giá trị quang lực gradient dọc cực đại về hai phía của tâm sẽ tạo thành vùng ổn định Vi hạt nằm trong đó sẽ dao động trong xung quanh tâm hạt nếu không có lực ngoài nào tác động hoặc lực đó nhỏ hơn giá trị cực đại của quang lực Vi hạt nằm tại một điểm nào đó cách trục chùm tia một khoảng  cũng sẽ bị kéo vào điểm (,0) với một quang lực nhỏ hơn (hình 1.10b)

vi hạt cần bẫy); một hệ mở rộng chùm tia, một kính vật có khẩu độ số NA lớn với mục đích hội tụ mạnh năng lượng laser vào vi hạt; một LED cho mục đích chiếu sáng vi hạt; một camera CCD có tốc độ đáp ứng nhanh cho mục đích ghi ảnh hoặc ghi phổ phát xạ của mẫu của vi hạt; một đầu dò vị trí sử dụng photodiode bốn mắt ghi lại vị trí của vi hạt theo thời gian; ngoài

ra sử dụng một số gương phản xạ, gương lưỡng sắc và thấu kính với cho mục đích biến đổi và lái chùm tia theo trục hệ quang

Hình 1.11 Sơ đồ chi tiết cấu tạo kìm quang học

sử dụng một chùm laser trong thực nghiệm [43]

hạt kích thích phát xạ Ánh sáng huỳnh quang từ vi hạt sẽ được ghi nhận bởi camerra CCD Nhờ kính lọc mà phổ phát xạ của vi hạt được xác định

1.4 Mảng kìm quang học

Mảng kìm quang học là dạng kìm sử dụng nhiều chùm tia laser độc lập được hội tụ trên mặt phẳng hoặc khối chất lưu chứa vi hạt Khi đó, mỗi một chùm laser trong cấu hình chung của hệ được xem như một kìm quang học một chùm tia độc lập Kìm quang học độc lập chỉ có thể bẫy hoặc điều khiển đơn hạt trong vùng tâm của nó Để có thể bẫy được nhiều vi hạt cần tạo ra nhiều tâm bẫy, tức là nhiều kìm quang học độc lập Với mục đích đó, đã có nhiều phương pháp công nghệ khác nhau được đề xuất và ứng dụng Đến nay

đã có nhiều mô hình mảng kìm quang học được đề xuất nghiên cứu và ứng dụng [23], [75], [76] Mỗi mô hình đều có ưu điểm và nhược điểm riêng trong quá trình bẫy và điều khiển Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu ưu điểm và nhược điểm của một vài mảng kìm quang học điển hình

1.4.1 Mảng kìm quang học sử dụng hệ quét nhanh chùm tia (BQS)

Phương pháp đơn giản nhất là sử dụng hệ quét nhanh chùm tia (hình 1.12)

Hình 1.12 Kìm quang học array sử dụng linh kiện BQS [19]

Nhờ hệ Galvo, một chùm laser sẽ quét theo trục x và y của mặt phẳng chính thấu kính tạo ra mảng kìm hai chiều (2D) Khi đó, chùm tia laser sẽ được hội tụ trên các vị trí khác nhau của mặt phẳng mẫu Tại mặt phẳng mẫu, những

vi hạt nào nằm trong vết chùm tia sẽ bị bẫy tại tâm của vết [12], [19], [47], [49]

Ưu điểm: Bẫy được nhiều vi hạt trên mặt phẳng mẫu

Nhược điểm: Để đồng thời bẫy được nhiều vi hạt, tốc độ quét của

Galvo phải nhanh hơn nhiều so với tốc độ chuyển động Brown của vi hạt trong chất lưu [87]; điều này khó thực hiện trong thực tế Mặt khác, khi quét qua mặt chính của thấu kính, trật tự điểm hội tụ không tuân thủ quy luật từ phải sang trái (từ dưới lên trên) hay từ trái sang phải (hay từ trên xuống dưới)

1.4.2 Mảng kìm quang học sử dụng khe nhiễu xạ (DOT)

Một kiểu mảng kìm quang học hai chiều khác sử dụng linh kiện tách và lái một chùm bằng mảng nhiễu xạ quang Sơ đồ của mảng kìm DOT được trình bày trên hình 1.13 Cấu hình này có thể tạo ra mảng kìm kích thước

N N [74]

Một chùm laser truyền qua mảng nhiễu xạ sẽ bị tán xạ và hình thành các chùm tia thành phần Hai hệ Telescop kiểu Keplerian được đặt liên tiếp nhau tạo ra hai mặt phẳng liên hợp với mặt phẳng tiêu của vi thấu kính Một chùm tia laser thành phần truyền qua các mắt điểm trên hai mặt phẳng

sẽ tạo ra một kìm (một điểm hội tụ trên mặt phẳng tiêu) Tại mắt điểm thứ nhất sẽ hình thành vết chùm tia dạng mảngN N Gương phản xạ đặt tại

kính Linh kiện lọc không gian có nhiệm vụ lọc những tia nhiễu xạ bậc cao, năng lượng thấp

Hình 1.13 Cấu hình quang tạo mảng kìm N N

bằng mảng nhiễu xạ [74]

Trong công trình của mình (1998), Dufresne và cộng sự đã sử dụng mảng nhiễu xạ (của hãng MEMS Optical Inc.) tạo nhiễu xạ của chùm

và sử dụng vi thấu kính có hệ số phóng đại 100 và khẩu độ số NA=1,4 đã tạo được mảng kìm 4 4 (hình 1.14)

Hình 1.14 Mảng kìm 4 4 tạo bởi hệ quang nhiễu xạ

và các hạt thủy tinh được bẫy (a); Mảng các thủy tinh được bẫy sau 1/3s (b); Các hạt thủy tinh được bẫy sau 3,1s (c) và Quỹ đạo chuyển động

của các hạt thủy tinh sau khi tắt laser (d)