Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thông số chuỗi xung lên vùng ổn định của kìm quang học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH LƢU ANH HÙNG NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ CHUỖI XUNG LÊN VÙNG ỔN ĐỊNH CỦA KIM QUANG HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ VINH , 2011 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ hoàn thành Trường Đại học Vinh Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, lòng trân trọng biết ơn sâu sắc xin gửi lời chân thành cảm ơn đến: Thầy giáo, PGS TS Hồ Quang Quý giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ đầy tâm huyết suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Sau Đại học, Khoa Vật lý thầy giáo, cô giáo khoa Sau Đại học, Khoa Vật lý giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cung cấp tài liệu tham khảo đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình làm luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn người thân gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Vinh, tháng 10 năm 2011 Tác giả MỤC LỤC Trang MỤC LỤC BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ KẾT QUẢ CỦA BẪY QUANG HỌC 1.1 Khái niệm quang lực 1.2 Quang lực hạt tác động lên hạt điện môi 1.3 Bẫy quang học sử dụng hai chùm xung Gauss ngược chiều 15 1.3.1 Chùm laser Gauss xung laser Gauss 15 1.3.2 Cấu hình bẫy quang học sử dụng hai chùm xung Gauss ngược chiều 20 1.3.3 Phân bố cường độ tổng hai chùm xung Gauss ngược chiều 21 1.3.4 Bẫy Quang lực hai xung Gauss ngược chiều tác dụng lên hạt điện mội 24 1.4 Qúa trình động học hạt kìm quang học 25 1.4.1 Phương trình Lagevin cho trường hợp tổng hợp tổng quát 25 1.4.2 Phương trình động học hạt bẫy quang học sử dụng hai chùm xung Gauss ngược chiều 26 1.4.3 Thuật tốn quy trình mô 28 1.5 Kết luận chương 31 CHƢƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CHUỖI XUNG LÊN VÙNG ỔN ĐỊNH CỦA KÌM QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI CHÙM XUNG GAUSS NGƯỢC CHIỀU 32 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Mở đầu 32 Ảnh hưởng lượng xung laser lên vùng ổn định 33 Ảnh hưởng bán kính mặt thắt lên vùng ổn định 34 Ảnh hưởng độ rộng xung laser lên vùng ổn định 35 Ảnh hưởng tần số lặp xung lên vùng ổn định 36 Kết luận chương 39 KẾT LUẬN CHUNG 40 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 CÁC PHỤ LỤC .44 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT CW ĐH KH KHCN KH&CNQS NCS a [m] c = 299792458 [m.s-1] : B [T] E [V.m-1] I [W/m2] kB= 1.38x10-23 [J/K] k [m-1 ] Fopt [N] Fgrad [N] Fscat [N] m n particle Laser sóng liên tục Đại học Khoa học Khoa học công nghệ Khoa học công nghệ Quân Sự Nghiên cứu sinh Bán kính hạt Vận tốc ánh sáng chân không Cảm ứng từ Cường độ điện trường Cường độ trường Hằng số Boltzman Vectơ sóng điện trường Quang lực tổng Quang lực građien Quang lực tán xạ Hệ số khúc xạ Chiết suất bề mặt hạt Chiết suất môi trường Độ nhớt  [Pa.s] P[W] Công suất p Mô men lưỡng cực từ trường t[s] Thời gian [s] Bán độ rộng xung T[ C] Nhiệt độ môi trường U [J] Năng lượng đỉnh xung laser  Hệ số ma sát nhớt Tọa độ xuyên tâm  [m] λ [m] Bước sóng -7 -1 µ0 = 4π×10 [H.m ] Độ từ thẩm chân khơng -12 -1  0=8.854187817×10 [F.m ] Độ điện thẩm chân khơng ω [rad.s-1] Tần số góc w0 [μm] Độ rộng mặt thắt chùm Gauss nmedium  [rad]  [rad] Góc tới Góc khúc xạ MỞ ĐẦU Bẫy quang học (optical trap) hay kìm quang học (optical tweezer) thiết bị giam giữ đối tượng nghiên cứu có kích thước cỡ ngun tử: hạt điện mơi (dielectric nanoparticles), nguyên tử sau bị làm lạnh laser (laser cooling), hồng cầu, tế bào lạ, Nguyên lý hoạt động bẫy quang học dựa tác động quang lực (optical force) lên hạt có kích thước cỡ nanomet Hiện nay, bẫy quang học kìm quang học đề cập nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm đưa vào sử dụng khảo sát trình động số hạt nano Mục tiêu bẫy quang học ổn định đối tượng nghiên cứu Chất lượng bẫy cao độ ổn định cao vùng ổn định khơng-thời gian lớn Q trình ổn định phụ thuộc nhiều điều kiện như: cấu hình bẩy (structure), độ lớn quang lực (magnitude of optical force), độ lớn lực Brown (magnitude of Brown force), độ lớn kích thước hạt (radius of particle), chiết suất hạt (refractive index), nhiệt độ chất lưu (temperature of fluid), độ nhớt (viscosity) chất lưu, tác động lực hấp dẫn (gravity force),… Những vấn đề không đề cập tới sử dụng chùm laser liên tục Tuy nhiên, để nâng cao quang lực, laser xung có cơng suất lớn áp dụng bẫy quang học vấn đề ổn định theo thời gian cần phải quan tâm nghiên cứu Đây nội dung bỏ ngõ lý thuyết thực nghiệm Từ năm 1970, Ashkin, có ý tưởng sử dụng chùm laser để giam giữ hạt có kích thước cỡ micro nano [9] Từ đến nhiều cơng trình nghiên cứu bẫy quang học kìm quang học quan tâm nghiên cứu [18, 14,] Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung vào bẫy quang học sử dụng chùm laser liên tục có quang lực đạt cỡ hàng trăm pN, hay sử dụng xung Gauss có độ rộng xung lớn hiệu suất bẫy khơng cao, chưa đề cập đến chuyển động nhiệt Brown đối tượng nghiên cứu môi trường (hay chất lưu), chưa quan tâm đến độ lớn vùng ổn định thời gian ổn định sử dụng chuỗi xung laser … Cho đến năm 2007 nhiều cơng trình giới công bố kết nghiên cứu bẫy quang học, đặc biệt kết sử dụng bẫy quang học nghiên cứu đối tượng sinh, hoá học Sử dụng bẫy quang nghiên cứu bạch cầu hồng cầu trong tế bào sống [14], nghiên cứu hạt vàng nano, đo kích thước hạt kích thước micromet Từ kết nghiên cứu xuất vấn đề cần đề cập ảnh hưởng lực khác lên đối tượng nghiên cứu gây nên ổn định mẫu Mới Volpe cộng nghiên cứu chuyển động Brown môi trường tác động trường lực không đồng trường quang Tuy nhiên chưa đề cập đến việc ứng dụng kết vào trình ổn định bẫy quang học Những vấn đề chưa quan tâm nghiên cứu Việt Nam lý thuyết, thực nghiệm ứng dụng Việc chưa có nhóm nghiên cứu quan tâm chưa thấy đối tượng ứng dụng thực tế khó khăn tài thiết bị đại Sau Bộ KHCN có hướng nghiên cứu phát triển thiết bị laser vào nghiên cứu y học, sinh học, đặc biệt kính hiển vi sử dụng laser thiết bị làm lạnh ngun tử, chúng tơi có ý tưởng nghiên cứu bẫy quang học nhằm hỗ trợ cho thiết bị Trong nghiên cứu gần nhóm tác giả thuộc Viện KH&CNQS Trường ĐH Vinh [16] sử dụng xung Gauss làm đối xứng quang lực bẫy gây nên ổn định nó, đặc biệt quang lực dọc (longitudinal force) Bẫy sử dụng hai xung Gauss truyền lan ngược chiều loại trừ tượng không đối xứng lực dọc nâng cao hiệu bẫy quang học Trong cơng trình [16] nêu khả thu hẹp vùng ổn định bẫy Tuy nhiên, vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến trình ổn định mẫu hay ổn định bẫy, là: ảnh hưởng quang lực thông qua lượng độ rộng xung laser bơm, ảnh hưởng môi trường chứa mẫu, ảnh hưởng nhiệt độ, ảnh hưởng kích thước, dạng chiết suất mẫu Đây vấn đề cấp thiết, khoa học cập nhật đáng quan tâm nhằm mục đích (ổn định mẫu nghiên cứu) phục vụ cho việc ứng dụng thiết bị Kính hiển vi laser quét đồng tâm Thiết bị làm lạnh quang học Bộ KHCN cho phép nghiên cứu hai đề tài nhà nước năm 2009-2010 Căn chọn đề tài: Hiện có số đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước như: Chế tạo kính hiển vi laser quét đồng tiêu (Viện KHVN) ứng dụng nghiên cứu tế bào lạ, vi khuẩn, Nghiên cứu hệ làm lạnh quang từ (ĐH VinhViện Hàn lâm KH Ba Lan) để làm lạnh nguyên tử,…là đề tài cần đến trình ổn định đối tượng nghiên cứu Để có luận khoa học ổn định đối tượng sử dụng thiết bị cần có nghiên cứu cụ thể, trước hết mặt lý thuyết, nhằm mục đích định hướng cho q trình xây dựng thực nghiệm Trên sở đó, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số chuỗi xung lên vùng ổn định kìm quang học” Hiện trang bị đầy đủ kiến thức bẫy quang học, tài liệu lý thuyết thực nghiệm bẫy quang học, bước đầu có cơng trình cơng bố vấn đề [1] Hơn có học viên cao học bảo vệ thành cơng luận văn bẫy quang học [4]; số học viên cao học NCS quan tâm đến vấn đề trên; Tại Viện KH&CNQS, bước đầu xây dựng trang bị số thiết bị cần thiết cho nghiên cứu bẫy quang học thực nghiệm như: laser Thuỷ tinh Neodym phát xung ns, bàn quang học, hệ thấu kính đồng tiêu, máy phân tích chùm tia Do khả thành cơng đề tài hoàn toàn tin tưởng Mục tiêu đề tài đưa luận có tính khoa học, xây dựng điều kiện để tăng vùng ổn định kìm quang học tác động lên hạt có kích thước nano Đưa mối quan hệ tương quan tham số quang, tham số cơ, tham số nhiệt tham gia trình ổn định hạt điện môi bẫy quang học sử dụng chuỗi xung Gauss có độ rộng xung tần số lặp khác Trước tiên lý thuyết tương tác laser với môi trường điện môi, lý thuyết chuyển động nhiệt Brown, lý thuyết lực hấp dẫn,… đề tài mơ q trình động học hạt tác động lực tương tác, chủ yếu quang lực lực Brown Khảo sát phân bố cường độ chùm xung Gauss, khảo sát phân bố không gian thời gian quang lực gây chùm xung Gauss, dẫn giải phương trình động học hạt điện mơi chất lưu tác động quang lực lực Brown, khảo sát ảnh hưởng tham số chuỗi xung quang (độ rộng xung, tần số lặp) lên vùng ổn định Ngoài phần mở đầu kết luận chung, nội dung luận văn trình bày hai chương Chƣơng I: Một số khái niệm kết nghiên cứu bẫy quang học Trong chương chúng tơi trình bày khái niệm quang lực; Xây dựng biểu thức quang lực tác dụng lên hạt điện môi; cấu trúc, hoạt động bẫy quang học sử dụng hai chùm Gauss ngược chiều, yếu tố ảnh hưởng đến phẩm chất bẫy, mô ổn định hạt bẫy từ có đưa dự đốn làm tăng ổn định hạt mẫu bẫy Chƣơng II: Ảnh hƣởng tham số chuỗi xung quang lên vùng ổn định bẫy quang học Trong chương nghiên cứu ảnh hưởng tham số chuỗi xung lượng xung, bán kính mặt thắt, độ rộng xung, ảnh h-ëng cđa tÇn sè lỈp lên ổn định bẫy Chƣơng I MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ BẪY QUANG HỌC 1.1 Khái niệm quang lực Như biết, hạt nhỏ chịu tác dụng ánh sáng, bị giữ vùng không gian nhỏ để thao tác Nguyên nhân ánh sáng tác dụng lực Những photon ánh sáng có động lượng, vào mơi trường có hệ số khúc xạ khác với môi trường ban đầu, tia sáng khúc xạ mặt tiếp xúc hai môi trường, động lượng photon thay đổi hướng, thoả mãn định luật bảo toàn động lượng [4] Sự thay đổi động lượng photon chuyển qua hạt sinh lực tác dụng lên hạt, quang lực [9] Quang lực thường phân tích thành hai thành phần: lực Gradient (Gradient force) lực tán xạ (Scattering force) Lực tán xạ chùm tia đối xứng tác động theo hướng chùm tia đẩy hạt theo hướng Trong lực gradient tác dụng lên hạt hướng vùng có cường độ cao (với hạt có chiết suất lớn chiết suất mơi trường), đẩy hạt khỏi chùm tia (với hạt có chiết suất nhỏ chiết suất môi trường) 1.2 Quang lực tác động lên hạt điện môi Trước hết xét cho trường hợp hạt có kích thước lớn nhiều so với bước sóng ánh sáng Chiết suất hạt lớn chiết suất môi trường chứa hạt ánh sáng coi tập hợp tia sáng thõa mãn định luật quang hình học Để biết rõ nguồn gốc quang lực trường hợp này, sử dụng kiến thức quang hình học Áp dụng định luật bảo toàn động lượng quan sát tương tác photon với bề mặt phân cách hai mơi trường điện mơi có hệ số khúc xạ khác Trong điều kiện bản, photon phản xạ khúc xạ bề mặt vectơ mômen động lượng thay đổi Hạt tiếp nhận phần động lượng biến đổi bị kéo đẩy hướng đối diện phần mômen biến đổi photon Xét tia sáng tới bề mặt phân cách hai mơi trường điện mơi (Hình 1.1) Tia tới Tia phản xạ Tia truyền qua Hình 1.1 Sự phản xạ khúc xạ ánh sáng mặt phân cách hai mơi trường điện mơi Một photon dịng tia tới có động lượng: Pin  kin  kin rin Ở đây:  h , với h số Plank 2  k in k in vectơ sóng số sóng tương ứng rin vectơ đơn vị dọc theo đường tia sáng Như biết, số sóng biểu diễn: (1.1) 37 kính vùng ổn định tăng từ 10 nm lên 85 nm Như vậy, khẳng định bán kính mặt thắt xung laser lớn độ ổn định hạt 2.4 Ảnh hƣởng độ rộng xung lên vựng n nh Thời gian ổn định t(ps) 25 20 15 10 5 10 Bán độ rộng xung Laser (ps) Đ-ờng kính vùng ổn định (10-8m) Hỡnh giankớnh n nh rộng xung Hình2.6 2.7.Sự Sựphụ phụthuộc thuộccủa củathời đường vùngvào ổn bán địnhđộ vào bán độ rộng xung 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 Bán độ rộng xung Laser (ps) 0.35 0.3 10 Bán độ rộng xung Laser (ps) Hình 2.7 Sự phụ thuộc đường kính vùng ổn định vào bán độ rộng xung Sự phụ thuộc thời gian kích thước vùng ổn định vào bán độ rộng xung laser mơ trình bày hình 2.6 2.7 Trong hình 2.6 ta thấy bán độ rộng xung tăng từ 1ps đến 10 ps thời gian ổn định 38 hạt tăng từ ps lên 20 ps Đồng thời, từ hình 2.7 ta thấy đường kính vùng ổn định tăng từ 40nm lên 61nm Như vậy, khẳng định bán độ rộng xung laser lớn độ ổn định hạt cao 2.5 Ảnh hƣởng tần số lặp xung lên vùng ổn định Như trình bày mục 2.2, 2.3 2.4, dùng xung laser hạt ổn định khoảng thời gian định Trong thực tế địi hỏi hạt cần có thời gian ổn định dài Điều bắt buộc phải sử dụng nhiều xung trình bẫy hạt Tuy nhiên, ổn định hạt phụ thuộc vào tần số lặp xung laser Điểu khẳng định mô với nhiều xung có tần số lặp khác Giả sử ta có chuỗi nhiều xung dạng Gauss mô tả theo biểu thức sau [3, tr.105]:  ln  t  3  k 2   P(t )  P0 exp       ( 2.1)  bán độ rộng xung, k chu kỳ lặp, tính theo độ rộng xung, P0 công suất thời điểm t = Thay ( 2.1) vào biểu thức tính lực quang học (1.50), phương trình động học (1.55) sử dụng quy trình mơ nêu mục (1.4.3), tiến hành mô ngôn ngữ lập trình Matlap Kết mơ vùng ổn định bẫy sử dụng nhiều xung trình bày hình 2.8 39 x 103 Vị trí hạt (10-8m) x 10-8 Hình 2.8 Vùng ổn định hạt sử dụng bốn xung với k=4 ( t=6) Qua hình 2.8, ta thấy với tần số lặp t  6 , tồn khoảng thời gian không ổn định hạt Thời gian xác định từ thời điểm ổn định xung trước đến thời điểm ổn định xung Tức là, vào đầu xung, cuối xung vào thời gian hai xung, quang lực nhỏ không đáng kể không, hạt chuyển động tác động lực Brown Hơn nữa, cuối xung dao động tự hạt với li độ lớn, điều chứng tỏ lực quán tính tồn làm cho hạt chuyển động mạnh Điều tránh ta tăng số lượng xung (hay tăng tần số lặp) Trong hình 2.9, ta thấy tần số lặp tăng lên, vùng ổn định xung sát vùng không ổn định ngắn hơn, đồng thời dao động hạt vùng không ổn định nhỏ Điều chứng tỏ nhận định hồn tồn xác 40 H×nh 2.9 Vùng ổn định hạt sử dụng s¸u xung với k=6 (t=4) Càng tăng tần số lặp lên cao vùng ổn định sát dao động vùng không ổn định nhỏ Qua hình 2.10 2.11, mơ cho trường hợp tần số lặp cao, cho xung chồng chập (xung thứ chưa kết thúc, xung thứ hai đến) ta thấy vùng ổn định liên tục Không tồn vùng không ổn định Tuy nhiên, vùng ổn định liên tục tượng dao động lớn, quang lực giảm vào thời điểm đầu Vị trí hạt (10-8m) cuối xung Dao động giảm dần tần số lặp tăng lên ( hình 2.11) Hình 2.10.Vùng ổn định hạt sử dụng tám xung với k=8 (t =3) Vị trí hạt (10-8m) 41 Hình 2.11.Vùng ổn định hạt sử dụng 12 xung với k=12 (t =2) Tóm lại, vùng ổn định hạt bẫy quang học, phụ thuộc nhiều vào độ rộng xung tần số lặp xung 2.6 Kết luận Trong chương khảo sát cụ thể ảnh hưởng tham số nguyên lý bẫy lên độ ổn định hạt, cụ thể vùng ổn định khôngthời gian hạt Kết mô cho thấy rằng, để ổn định hạt bẫy, cần lựa chọn tham số phù hợp với kích thước hạt Cũng nói rằng, với hạt bất kỳ, cường độ laser lớn, độ rộng xung ngắn, tần số lặp cao độ ổn định cao, vùng ổn định lớn 42 KẾT LUẬN CHUNG Bẫy quang học thiết bị nghiên cứu ứng dụng nhiều năm gần Trong xu đó, chúng tơi đặt vấn đề nghiên cứu bẫy quang học sử dụng hai xung Gauss ngược chiều Đề tài luận văn chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng tần số lặp xung độ rộng xung vào vùng ổn định hạt Kết nghiên cứu đề tài rút gọn điểm sau: Đã tổng quan lực quang học bẫy quang học, đặc biệt bẫy quang học sử dụng hai chùm tia ngược chiều Phương trình động học mô tả động học hạt điện môi chất lưu Các biểu thức tính quang lực cho bẫy hai chùm tia ngược chiều, phương trình động học rút gọn trình bày Thơng q đó, nghiên cứu trình động học hạt bẫy Kết cho thấy rằng, tác động quang lực, hạt chuyển động xung quanh vị trí cân với li độ nhỏ so với kích thước chúng khoảng thời gian xung laser, mà quang lực cịn đủ mạnh Từ khảo sát đó, đưa khái niệm vùng ổn định không-thời gian hạt Kích thước vùng ổn định này, phụ thuộc nhiều vào tham số bẫy như: lượng xung, độ rộng xung, kích thước hạt, nhiệt độ môi trường, … Tuy nhiên, sử dụng xung đơn, thời gian ổn định hạt giới hạn độ rộng xung, đó, bất cập yêu cầu thời gian ổn định cao Để khắc phục nhược điểm trên, đề xuất sử dụng chuỗi xung Gauss tác động lên hạt Với đề xuất này, chúng tơi dự đốn, độ ổn định hạt cao hơn, nhiên, để hiểu rõ cách cụ thể, tiến hành nghiên cứu chương hai Khảo sát cụ thể ảnh hưởng tham số nguyên lý bẫy lên độ ổn định hạt, cụ thể vùng ổn định không - thời gian hạt Kết mô cho thấy rằng, để ổn định hạt bẫy, cần lựa chọn tham số phù hợp với kích thước hạt Cũng nói rằng, với hạt bất kỳ, cường độ laser lớn, độ rộng xung ngắn, tần số lặp cao độ ổn định cao, vùng ổn định lớn 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Sĩ Châu, Đỗ Ích Tình, Trương Thanh Sơn, Hồng Đình Hải, Hồ Quang Quý, (No 26, 02-2009), Ảnh hưởng kích thước hạt điện môi lên độ ổn định bẫy quang hoc, Tạp chí Nghiên cứu khoa học kĩ thuật công nghệ Quân [2] Hồ Quang Quý (2006) Laser rắn công nghệ ứng dụng, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] Nguyễn Thị Thanh Tâm (2011), Giao thoa kế Mach- Zehnder sợi quang phi tuyến hai cổng, luận án tiến sĩ vật lý, thư viện Đại học Vinh [4] Trần Hải Tiến (2008) phân bố quang lực hai xung Gauss ngược chiều, Luận văn thạc sĩ, thư viện Đại học Vinh [5] G Ahmadi, Brown motion, ME437/537, Clarkson university [6] A Ashkin (1970), Atomic-Beam deflection by Resonance-Radiation Pressure, Phys Rev.Lett., 25, 1321 [7] Arthur Ashkin (1997), Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers, March 11 [8] A Ashkin, J M Dziedzic, J E Bjorkholm, and Steven Chu (1985-1986), Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, AT&T Bell Laboratories, Holmdel, New Jersey 07733 Received December 23; accepted March [9] A Ashkin (1970), Acceleration and trapping of particles by radiation pressure Phys Rev Lett., 24(4):{156-159} [10] Javier Alda (2002), Laser and Gauss beam propagation and transformation, In Encyclopaedia of Optical Engineering New York [11] T W Hansch and A L Schawlow (1975), Cooling of Gasses by Laser Radiation, Opt.Comm 1368 [12] Michael Gogler, Allen Ehrlicher (2005/2006), forces on Small Spheres in a One-Beam Gradient Trap,Wintersemester [13] Howie George Mende (2000), Optical Trapping, manipulation, translation and spinning of micron sized gears using a vertical dual Laser diode system, Department of Physics and Astronomy, Submitted in partial Mfillment of the requirements for the degree of Master of Science in 44 Physics, Faculty of Graduate Studies Laurentian University Sudbury, Ontario [14] H Kress et al (2005), Phys Rev E 71, 061927 [15] Ho Quang Quy, Mai Van Luu, Dinh Xuan Khoa (2006), Radiation Force Distribution of Optical Trapping by two counter-propagating Gauss Beams Acting on Rayleigh Dielectric Sphere, Institute of Applied Physics, NEWTECHPRO, Hanoi; Vinh University, Vinh [16] H.Q.Quy, M.V Luu (2008), “Stable Manipulation Dielectric Sphere of Optical Trapping by two Counter-propagating Gaussian Pulsed Beams,” IWP&A, Nha trang, Sept.10-14 [17] Ho Quang Quy, Mai Van Luu, Tran Hai Tien (06-2008), Total power distribution of two counter-propagating pulsed Gauss Beams, Tạp chí Nghiên cứu khoa học kĩ thuật công nghệ Quân sự, No 23 [18] C.L.Zhao et al (2006), Opt Express 13, pp 502-506 45 Phụ lục Chƣơng trình mơ q trình chuyển động hạt vùng tâm bẫy, chạy phần mềm Matlab (Minh hoạ hình 1.13; 1.14 2.1) %(mot xung) %(cung hai chieu mot xung) w_0=1.*10.^-6; c=3.*10.^8; n_1=1.592; n_2=1.332; m=n_1./n_2; lamda=1.064.*10.^-6; nui =7.797.*10.^(-4); a=20.*10.^(-9); to=6.*10.^-12; U=5.*10.^(-6); T=293; pi=3.14; kb=1.38.*10.^-23; kbT=4.14.*10.^-21; gamma=6.*pi.*a.*nui; D=kbT./gamma; can2=sqrt(2); mausoP=(pi).^3./2.*(w_0).^2.*to; P=2.*sqrt(2).*U./mausoP; beta=((4.*pi.*n_2.^2.*a.^3).*(m.^2-1))./(m.^2+2); A=2.*beta.*P./c./n_2./(w_0)^2./gamma; 46 B=sqrt(2.*D); A=210*10^-2; B=0.797*10^-5; disp('hang so A=');disp(A) disp('hang so B=');disp(B) Ao=0.*10^-6;Bo=-3;delta=6./10000; for i=1:1:10000; t=-3+(i-1)*delta; tg=exp((-2*(Ao).^2)./w_0.^2); tg=tg.*exp(-2.*Bo.^2); tg=Ao-A.*tg.*delta.*Ao+B.*rand.*delta-B.*rand.*delta; lido=tg;figure(2); %plot(i,lido,'-k'); plot(6*i./10000,lido,'r'); grid on; hold on; Ao=lido; Bo=t; end xlabel(''); ylabel(''); Ao=0;Bo=-3;delta=6./10000; for i=1:10000 t=-3+(i-1)*delta; tg=exp((-2.*(Ao).^2)./w_0.^2); tg=tg.*exp(-2.*Bo.^2./to^2));heso=tg; Bo=t; Fgrad=heso*2*beta*P./c./n_2./w_0^2; 47 figure(2); plot(t,Fgrad);hold on; end Phụ lục Chƣơng trình mơ trình chuyển động hạt vùng tâm bẫy dùng xung Gauss, chạy phần mềm Matlab (Lấy số liệu để vẽ hình 2.2 đến 2.7) %(mot xung) %(cung hai chieu mot xung) for i=1:1:1 tgx=6; t=(-tgx./2).*10^-12:0.05.*10.^-12:(tgx./2).*10.^-12; z=0; rho=0; d=10.^-6; w_0=10.^-6; tau=1.*10.^-12; rho_ng=rho./w_0; t_ng=t./tau; lamda=1.064.*10.^-6; n_1=1.592; n_2=1.332; m=n_1./n_2; a=10.*10.^(-9); pi=3.14; U=10.^(-5); c=3.*10.^8; 48 k=2.*pi./lamda; z_ng=z./(k.*w_0.^2); d_ng=d./(2.*k.*w_0.^2); x=rho_ng; P=2.*sqrt(2).*U./(pi.^(3./2).*(w_0.^2).*tau); I_l=10^-26.*P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(z_ng+d_ng).^2)).*exp(2.*(t_ng+(z_ng+d_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(z_ng+d_ng).^2); I_r=10^-26.*P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(z_ng-d_ng).^2)).*exp(-2.*(t_ng-(z_ngd_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(z_ng-d_ng).^2); I=I_l+I_r; y=t_ng+tgx./2+(i-1).*tgx; nui =7.797.*10.^(-4); a=20.*10.^-9;% Kich thuoc hat to=10.^-9; pi=3.14; kbT=4.14.*10.^-21; gamma=6.*pi.*a.*nui; D=kbT./gamma; can2=sqrt(2); beta=4.*pi.*n_2.^2.*a.^3.*(m.^2-1)./(m.^2+2); A=3.*beta.*P./c./n_2./w_0./gamma; B=sqrt(2.*D); Ao=0;Bo=-tgx./2;delta=tgx./10000; for j=1:1:10000 t=-tgx./2+(j-1).*delta; tg=exp(-2.*Ao.^2); tg=tg.*exp(-2.*Bo.^2); 49 tg=Ao-A.*tg.*delta.*Ao+B.*rand.*delta-B.*rand.*delta; lido=tg; y_1=t+tgx./2+(i-1).*tgx; plot(y,I,y_1,lido,''); grid on; hold on; Ao=lido; Bo=t; end xlabel(''); ylabel(''); end Phụ lục Chƣơng trình mơ trình chuyển động hạt vùng tâm bẫy dùng nhiều xung Gauss ( k=4, 6, 8, 12 ), chạy phần mềm Matlab (Minh hoạ hình 2.8 đến 2.12) >> %(nhieu xung) %(cung hai chieu nhieu xung) for i=1:1:12; tgx=2; t=(-tgx./2).*10^-12:0.05.*10.^-12:(tgx./2).*10.^-12; z=0; rho=0; d=10.^-6; w_0=1.*10.^-6; 50 tau=1.*10.^-12; rho_ng=rho./w_0; t_ng=t./tau; lamda=1.064.*10.^-6; n_1=1.592; n_2=1.332; m=n_1./n_2; a=20.*10.^(-9); pi=3.14; U=5.*10.^(-6); c=3.*10.^8; k=2.*pi./lamda; z_ng=z./(k.*w_0.^2); d_ng=d./(2.*k.*w_0.^2); x=rho_ng; P=2.*sqrt(2).*U./(pi.^(3./2).*(w_0.^2).*tau); I_l=10^-26.*P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(z_ng+d_ng).^2)).*exp(2.*(t_ng+(z_ng+d_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(z_ng+d_ng).^2); I_r=10^-26.*P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(z_ng-d_ng).^2)).*exp(-2.*(t_ng-(z_ngd_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(z_ng-d_ng).^2); I=I_l+I_r; y=t_ng+tgx./2+(i-1).*tgx; nui =7.797.*10.^(-4); to=10.^-9; %pi=3.14; 51 kbT=4.14.*10.^-21; gamma=6.*pi.*a.*nui; D=kbT./gamma; can2=sqrt(2); beta=((4.*pi.*n_2.^2.*a.^3).*(m.^2-1))./(m.^2+2); A=3.*beta.*P./c./n_2./w_0./gamma; B=sqrt(2.*D); Ao=0.*10^-6;Bo=-tgx./2;delta=tgx./10000; for j=1:1:10000 t=-tgx./2+(j-1).*delta; tg=exp(-2.*Ao.^2); tg=tg.*exp(-2.*Bo.^2); tg=Ao-A.*tg.*delta.*Ao+B.*rand.*delta-B.*rand.*delta; lido=tg; y_1=t+tgx./2+(i-1).*tgx; plot(y,I,y_1,lido,''); grid on; hold on; Ao=lido; Bo=t; end xlabel(''); ylabel(''); end ... sát ảnh hưởng tham số quang học học kìm lên kích thước vùng ổn định 2.2 Ảnh hƣởng lƣợng xung laser lên vùng ổn định Với tham số cho chương 1, phụ thuộc kích thước vùng ổn định vào lượng tổng xung. .. lên vùng ổn định 33 Ảnh hưởng bán kính mặt thắt lên vùng ổn định 34 Ảnh hưởng độ rộng xung laser lên vùng ổn định 35 Ảnh hưởng tần số lặp xung lên vùng ổn định 36 Kết luận... tố ảnh hưởng đến phẩm chất bẫy, mô ổn định hạt bẫy từ có đưa dự đốn làm tăng ổn định hạt mẫu bẫy Chƣơng II: Ảnh hƣởng tham số chuỗi xung quang lên vùng ổn định bẫy quang học 8 Trong chương nghiên