Ảnh hưởng của năng lượng đỉnh xung lên độ ổn định của bẫy quang học sử dụng hai xung gauss ngược chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH  TRƢƠNG THANH SƠN ẢNH HƢỞNG CỦA NĂNG LƢỢNG ĐỈNH XUNG LÊN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI XUNG GAUSS NGƢỢC CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ VINH, 2009 Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH  TRƢƠNG THANH SƠN ẢNH HƢỞNG CỦA NĂNG LƢỢNG ĐỈNH XUNG LÊN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI XUNG GAUSS NGƢỢC CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 62 44 11 01 Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS HỒ QUANG QUÝ Trang VINH, 2009 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu sau đại học trường Đại học Vinh, tiếp thu nhiều kiến thức phong phú bổ ích nhờ giúp đỡ nhiệt tình từ Thầy giáo, Cơ giáo cán khác Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc trước tinh thần giảng dạy tận tâm có trách nhiệm Thầy, Cô đặc biệt Thầy giáo PGS.TS Hồ Quang Quý, Thầy giúp định hướng đề tài, dẫn tận tình chu đáo dành nhiều cơng sức ưu cho suốt trình hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, Cơ đóng góp, dẫn cho tơi q trình học tập nghiên cứu Cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý, Ban chủ nhiệm Khoa Đào tạo Sau Đại học, viện KH&CNQS (17-Hồng Sâm-Hà Nội) tạo cho tơi mơi trường học tập nghiên cứu thuận lợi Xin cảm ơn tập thể lớp Cao học 15-Quang học san sẻ vui, buồn tơi vượt qua khó khăn học tập Với tình cảm trân trọng, tơi xin gửi tới gia đình, người thân yêu bạn bè giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Vinh, tháng 10 năm 2009 Tác giả Trang Mục lục Trang Mục lục Mở đầu Chương I: Bẫy quang học 1.1 Photon Động lượng Photon - quang lực tia Photon 1.2 Chùm laser Gauss xung laser Gauss 10 1.2.1 Chùm laser Gauss 10 1.2.2 Xung laser Gauss 13 1.3 Quang lực xung Gauss (áp lực) 15 1.3.1 Định nghĩa 15 1.3.2 Các dạng quang lực tác dụng lên hạt điện môi 16 1.3.2.1 Quang lực đơn xung Gauss tác động lên hạt 16 điện môi 1.3.2.2 Quang lực hai xung Gauss ngược chiều tác 17 động lên hạt điện môi 1.4 Cấu hình bẫy quang học 21 1.4.1 Bẫy chùm tia Gauss 22 1.4.2 Bẫy hai chùm tia Gauss liên tục 22 1.4.3 Bẫy hai xung Gauss ngược chiều 23 1.5 Ứng dụng bẫy quang học 24 1.6 Kết luận 27 Chương II - Sự ổn định bẫy quang học 2.1 Môi trường chứa hạt mẫu 28 2.2 Các lực tác động lên hạt mẫu 28 2.3 Quá trình động học hạt chất lưu, phương trình 29 Langevin 2.4 Quá trình động học hạt tác động bẫy quang học 30 Trang 2.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định hạt mẫu 30 2.6 Phương pháp mô 31 2.7 Kết luận 32 Chương III - Ảnh hưởng lượng đỉnh xung laser lên ổn định bẫy 3.1 Phân bố lượng bẫy hai xung Gauss ngược chiều 33 3.1.1 Ảnh hưởng khoảng d đến cường độ tổng 34 3.1.2 Ảnh hưởng mặt thắt wo đến cường độ tổng 34 3.2 Phân bố quang lực hai xung Gauss ngược chiều tác động 35 lên hạt điện môi 3.3 Ảnh hưởng lượng đỉnh xung Gauss lên ổn định 39 bẫy 3.3.1 Ảnh hưởng lượng đỉnh xung Gauss lên hạt 40 biên 3.3.2 Ảnh hưởng lượng đỉnh xung Gauss lên hạt 44 tâm 3.4 Kết luận 47 Kết luận chung 48 Các cơng trình nghiên cứu 49 Tài liệu tham khảo 50 Phụ lục 52 Trang 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 môi (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 bẫy (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 ngỏ lý thuyết thực nghiệm 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 Vinh-Viện 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 Trang Trên sở đó, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng lượng đỉnh xung lên ổn định hạt điện môi bẫy quang học sử dụng hai xung Gauss ngược chiều” Từ năm 1970, Ashkin, có ý tưởng sử dụng chùm laser để giam giữ hạt có kích thước cỡ micro nano [4] Từ đến nhiều cơng trình nghiên cứu bẫy quang học kìm quang học quan tâm nghiên cứu [13,17,20,22] 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 không 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, 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 tế bào sống [19], nghiên cứu hạt vàng nano, [23], đo kích thước hạt có kích thước cỡ micromet [4,5] 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 [14] 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 Trang tử [23], 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 [9,10], 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 [20] 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 (Confocal laser scanning microscopy) Thiết bị làm lạnh quang học (Magnetooptical trap) Bộ KHCN cho phép nghiên cứu hai đề tài nhà nước năm 2009-2010.[24] Mục tiêu đề tài đưa luận có tính khoa học, phân tích điều kiện, chủ yếu lượng tồn phần xung Gauss, để ổn định hạt thủy tinh môi trường nước tác động bẫy quang học cấu tạo từ hai xung Gauss truyền ngược chiều Nội dung luận văn kết nghiên cứu dựa phương pháp lý thuyết mô phỏng: Trên sở lý thuyết tương tác laser với môi trường điện môi, lý thuyết chuyển động nhiệt Brown, lý thuyết lực hấp dẫn, … đề tài mô trình động học hạt tác động lực tương tác, chủ yếu quang lực lực Brown khảo sát ảnh hưởng Trang lượng toàn phần xung laser lên độ ổn định hạt thủy tinh mơi trường nước Ngồi phần mở đầu kết luận chung, nội dung luận văn trình bày ba chương Chương I: Bẫy quang học, giới thiệu số khái niệm photon, quang lực, chùm Gauss, xung Gauss, cấu trúc bẫy quang học số ứng dụng chúng Chương II: Sự ổn định bẫy quang học, trình bày số khái niệm trình động học hạt mơi trường (fluid) thơng qua phương trình Langevin có tham gia lực như: quang lực, lực Brown, trọng lực, phương pháp mô Chương III: Ảnh hưởng lượng xung lên ổn định bẫy, trình bày số kết khảo sát ảnh hưởng lượng xung laser dạng Gauss lên trình ổn định hạt thủy tinh bẫy quang học cấu tạo từ hai xung ngược chiều, xây dựng đường đặc trưng mô tả phụ thuộc kích thước vùng ổn định thời gian ổn định vào lượng toàn phần xung Trang Chƣơng I BẪY QUANG HỌC 1.1 Photon Động lƣợng photon - quang lực tia photon Photon hạt sơ cấp, hạt trường điện từ Photon khơng có khối lượng nghỉ có động lượng Theo lý thuyết tương đối điều tương đương với việc photon phải chuyển động với vận tốc ánh sáng chân không, hệ quy chiếu Năng lượng hạt photon theo công thức thuyết tương đối [18]: E2-p2c2 = m02c4 E lượng hạt, p động lượng hạt, m0 khối lượng nghỉ Do photon khơng có khối lượng nghỉ nên: E = p.c hay p = E/c Những photon ánh sáng vào mơi trường có chiết suất khác với môi trường ban đầu, tia sáng khúc xạ mặt tiếp xúc hai môi trường, động lượng photon thay đổi hướng, thỏa mãn định luật bảo toàn động lượng Sự thay đổi động lượng photon truyền qua hạt sinh lực tác dụng lên hạt, quang lực [4,13] Để thấy rõ điều xét tia tới mặt phân cách từ môi trường chiết suất nmedium sang môi trường chiết suất nparticle y Tia phản xạ Tia tới   x  Tia truyền qua Hình 1.1 Sự Phản xạ Khúc xạ ánh sáng mặt phân cách hai môi trường điện mơi Trang Hình 3.8 Chuyển động Brown hạt nằm tâm Chúng ta thấy ban đầu hạt biên hay tâm bẫy chuyển động hạt ngẫu nhiên, hỗn loạn tác dụng lực Brown, nghĩa hạt khơng có tính ổn định Điều khẳng định so sánh kết qủa hình a, b, c, d (ban đầu hạt nằm biên mặt thắt) e, f, g, h (ban đầu hạt nằm tâm mặt thắt) Vậy có quang lực xung Gauss chuyển động hạt nào? Đặc biệt ảnh hưởng lượng đỉnh xung Laser ổn định hạt diễn nào? Điều thấy rõ phần sau đây.( Các tham số cố định  = 1.064m, wo = 1m,  = 1ps,  = 7.797x10-4 Pa.s, t = 250C, m = n1/n2 = 1.592/1.332) 3.3.1 Ảnh hưởng lượng đỉnh xung Gauss lên hạt biên Vùng  Vùng2 Vùng Vùng t Vùng Hình 3.9a Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 2J Từ kết mô thấy thời gian từ thời điểm t = 0ps đến lân cận thời điểm 1ps ( vùng 1) xung laser tăng chậm quang lực gradient nhỏ, vật dao động nhỏ biên tác động Trang 40 lực Brown; khoảng thời gian từ thời điểm t = 1ps đến lân cận thời điểm t = 2ps ( vùng ) xung laser tăng mạnh, quang lực gradient lớn (tăng đột ngột), lực kéo hạt nhanh tâm bẫy Sau bị giam vùng bẫy, hạt dao động nhỏ Mặc dù lực Brown quang lực tác động lên hạt, nhiên, lực Brown không thắng quang lực, quang lực đối xứng qua tâm bẫy Điều thể Hình 3.6 Hình 3.4 phân bố quang lực Quá trình ổn định hạt tâm bẫy kéo dài khoảng thời gian từ lân cận thời điểm t = 2ps đến lân cận thời điểm t = 4ps ( vùng 3) Sau thời điểm cường độ xung nhỏ, tốc độ giảm chậm, lực gradient bé, hạt ổn định gây lực Brown ( vùng 4) Tương tự có mơ q trình ổn định hạt bẫy ứng với giá trị lượng đỉnh xung khác sau: Hình 3.9b Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 4J Với giá trị lượng đỉnh xung U ( U = 4J ) vùng dịch chuyển hạt xảy tương tự Nhưng thấy rõ ràng thời gian để hạt đạt ổn định nhanh độ dài thời gian ổn định hạt dài hơn, điều thể so sánh kết (Hình 3.9-a) với (Hình 3.9-b) Đồng thời khơng gian ổn định hạt hẹp Trang 41 Hình 3.9c Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 6J Hình 3.9d Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 8J Mô cho thấy khoảng không gian ổn định hạt lúc hẹp (nghĩa ổn định lúc cao) Vùng ổn định hạt bẫy nằm khoảng từ 30nm đến 15nm Hình 3.9e Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 10J Trang 42 Từ kết mô vẽ phụ thuộc độ rộng vùng ổn định hạt vào độ lớn lượng đỉnh xung laser sau: (X10-7) U(J) Hình 3.10a Độ rộng vùng ổn định hạt mẫu biên theo U Tương tự vẽ phụ thuộc độ dài thời gian ổn định hạt vào độ lớn lượng đỉnh chùm tia laser chiếu tới sau: t(ps) U(J) Hình 3.10b Thời gian ổn định hạt mẫu biên theo U Từ kết ta thấy với giá trị U tăng dần độ ổn định mẫu vật tăng, khoảng không gian dao động chúng vào cỡ 15nm, thời gian ổn định dài xấp xỉ 2.3ps (thời gian xung 6ps) Trang 43 3.3.2 Ảnh hưởng lượng xung Gauss lên hạt tâm Vùng Vùng Vùng Vùng vùng Hình 3.11a Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 2J Từ kết mô thấy thời gian từ t = 0ps đến lân cận 1ps xung laser tăng chậm quang lực gradient nhỏ, vật dao động nhỏ dần xa tâm ngẫu nhiên tác động lực Brown (vùng 1); khoảng thời gian từ t = 1ps đến gần t = 2ps xung laser tăng mạnh, quang lực gradient lớn (tăng đột ngột), lực kéo hạt nhanh tâm bẫy (vùng 2) Sau bị giam vùng bẫy, hạt dao động nhỏ Mặc dù lực Brown quang lực tác động lên hạt, nhiên, lực Brown không thắng quang lực, quang lực đối xứng qua tâm bẫy Điều thể Hình 3.3, Hình 3.4, Hình 3.6 phân bố quang lực Quá trình ổn định hạt tâm bẫy kéo dài khoảng thời gian từ lân cận thời điểm t = 2ps đến lân cận thời điểm t = 3.4ps (vùng 3) Sau thời điểm cường độ xung nhỏ, tốc độ giảm chậm, lực gradient bé, hạt ổn định gây lực Brown (vùng 4) Tương tự có mơ q trình ổn định hạt bẫy ứng với giá trị lượng đỉnh xung khác sau: Trang 44 Hình 3.11b Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 4J Với giá trị lượng đỉnh xung U ( U = 4J ) vùng dịch chuyển hạt xảy tương tự Nhưng thấy rõ ràng thời gian để hạt đạt ổn định nhanh độ dài thời gian ổn định hạt dài hơn, điều thể so sánh kết (Hình 3.11-a) với (Hình 3.11-b) Đồng thời không gian ổn định hạt hẹp Hình 3.11c Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 6J Kết mô cho thấy thời gian để hạt đạt đến ổn định nhanh thời gian ổn định hạt bẫy dài Trang 45 Hình 3.11d Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 8J Hình 3.11e Quá trình ổn định hạt thời gian xung trường hợp U = 10J Kết mô cho thấy khoảng không gian ổn định hạt lúc nhỏ (nghĩa ổn định lúc cao) Vùng ổn định hạt bẫy nằm khoảng từ 23nm đến 12nm Từ kết mô vẽ phụ thuộc độ rộng vùng ổn định hạt vào độ lớn lượng đỉnh xung laser sau (10-7m) U(J) Hình 3.12a Độ rộng vùng ổn định hạt mẫu tâm phụ thuộc theo U Trang 46 Tương tự vẽ phụ thuộc độ dài thời gian ổn định hạt vào độ lớn lượng đỉnh chùm tia laser chiếu tới sau: t(ps) U(J) Hình 3.12b Thời gian ổn định hạt mẫu tâm phụ thuộc theo U Từ kết ta thấy với giá trị U tăng dần độ ổn định hạt tăng, khoảng không gian dao động chúng ổn định vào cỡ 15nm, thời gian ổn định dài xấp xỉ 2.2ps (thời gian xung 6ps) 3.4 Kết luận Như chương III chúng tơi khảo sát q trình ổn định hạt thủy tinh môi trường nước tác dụng quang lực lực ngẫu nhiên (Brown Force) Cụ thể khảo sát phụ thuộc trình ổn định hạt vào lượng đỉnh xung laser chiếu vào Với giá trị U khác khơng gian ổn định thời gian ổn định mẫu khác Kết cho thấy với hạt ban đầu nằm biên mặt thắt sau ổn định chúng có thời gian ổn định lớn hạt ban đầu nằm tâm mặt thắt, khoảng không gian ổn định chúng lại lớn Hơn từ kết mô thấy với giá trị U vào cỡ 8-10J kết ổn định tốt nhất, không gian ổn định vào khoảng 10nm đến 15nm Trang 47 Kết luận chung Luận văn tập trung nghiên cứu số vấn đề ổn định bẫy quang học dùng để bẫy hạt mẫu chất lưu Đặc biệt ảnh hưởng lượng đỉnh xung lên ổn định bẫy quang học dùng hai xung Gauss ngược chiều Cụ thể tóm tắt luận văn có nội dung sau: Tổng quan quang lực photon, quang lực xung Gauss Trình bày số bẫy quang học thông dụng ứng dụng chúng Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến ổn định bẫy, khảo sát động lực học hạt điện môi chất lưu bẫy quang học sở phương trình Langevin, với tham gia lực như: quang lực, lực Brown, trọng lực, lực hydrat, Đã khảo sát trình ổn định hạt thủy tinh nước phương pháp mô (sử dụng phần mềm Matlab, Maple, Origin Pascal) Đã nghiên cứu ảnh hưởng lượng đỉnh xung đến độ ổn định bẫy tìm điều kiện lượng xung phù hợp với tham số khác bẫy hạt mẫu cho trường hợp ổn định Trang 48 Các cơng trình nghiên cứu [1] Phan Sĩ Châu, Đỗ Ích Tình, Trương Thanh Sơn, Hồng Đình Hải, Hồ Quang Q, Ảnh hưởng kích thước hạt điện mơi lên độ ổn định bẫy quang học, Tạp chí Nghiên cứu khoa học kĩ thuật công nghệ Quân sự, No 26, 02-2009 trang 72 - 74 Trang 49 Tài liệu tham khảo [1] Hồ Quang Quý, Laser rắn công nghệ ứng dụng, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội 2006 [2] Trần Hải Tiến, Phân bố quang lực hai xung Gauss ngược chiều, Luận văn thạc sĩ, thư viện Đại học vinh 2008 [3] A Ashkin: Atomic-Beam deflection by Resonance-Radiation Pressure, Phys Rev.Lett., 25, (1970) 1321 [4] Arthur Ashkin, Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers, March 11, 1997 [5] A Ashkin, J M Dziedzic, J E Bjorkholm, and Steven Chu, Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles, AT&T Bell Laboratories, Holmdel, New Jersey 07733 Received December 23, 1985; accepted March 4, 1986 [6] A Ashkin, Acceleration and trapping of particles by radiation pressure Phys Rev Lett., 24(4):156{159, 1970} [7] T W Hansch and A L Schawlow: Cooling of Gasses by Laser Radiation, Opt.Comm 13 (1975) 68 [8] Michael Gogler, Allen Ehrlicher, forces on Small Spheres in a OneBeam Gradient Trap,Wintersemester 2005/2006 [9] Ho Quang Quy, Mai Van Luu, Dinh Xuan Khoa, 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 [10] Ho Quang Quy, Mai Van Luu, Tran Hai Tien, Total power distribution of two counter-propagating pulsed Gauss Beams, Tạp chí Nghiên cứu khoa học kĩ thuật công nghệ Quân sự, No 23, 06-2008 [11] Neil A Schofield, Development of Optical Trapping for the Isolation of Environmentally Regulated Genes, Submitted in partial fulfịment of the requirement for the degree of doctor of philosophy 1998, University of Reading, School of Animal and Microbial Sciences [12] Li-Gang Wang, Cheng-Liang Zhao, Dynamic radiation force of a pulsed Gauss beam acting on a Rayleigh dielectric sphere, 2007 Optical Society of America Trang 50 [13] Michael Abbott, Optical tweezers, PH 201 experiment, October 2005 [14] Giorgio Volpe, Giovanni Volpe and Dmitri Petrov, Brown motion in a nonhomogeneous force field and photonic force microscope, pubished 19 December 2007 [15] G Ahmadi, Brown motion,ME437/537, Clarkson university [16] Hyun-lk Kim, In-Je Joo, Seok-Ho Song and Pill-Soo Kim, Dependence of the Optical Trapping E_ciency on the Ratio of the Beam Radius-to-the Aperture Radius, Hanyang University, Seoul 133791, Received 26 June 2003 [17] Akihiro Isomura, Nobuyuki Magome Masahiro I Kohira, Kenichi Yoshikawa, Toward the Stable Optical Trapping of a Droplet with Counter Laser Beams under Microgravity, Kyoto University, Kyoto 606-8502 Japan&Spatio-Temporal Project, ICORP, JST, JAPAN [18] B.H Bransden and C.J Joachain, Quantum Mechanics, 2e, 545 ISBN 0-582-35691-1 [19] R.G Larson, Brownian Dynamics Simulation of DNA Conformational Trapping in a Micro-Mixing Flow, The Ohio State University, [20] H.Q.Quy, M.V Luu, “Stable Manipulation Dielectric Sphere of Optical Trapping by two Counter-propagating Gauss Pulsed Beams,” IWP&A, Nhatrang, Sept.10-14, (2008) [21] Janelle Shne, Optical micromanipulation using dispersioncompensated and phase-shaped ultrashort pulsed lasers, Opt Express 13 (2006), pp.3673-3680 [22] H Kress, Axial optical trapping efficiency through a dielectric interface, Phys Rev E 71, 061927 (2005); [23] Jian-Qi Qin, Xi-Lin Wang, Ding Jia, Jing Chen, Ya-Xian Fan, Jianping Ding* and Hui-Tian Wang, FDTD approach to optical forces of tightly focused vector beams on metal particles, Y Seol et al, Opt Lett 32, 2006, 2429 Trang 51 Phụ lục Phụ lục 1: Sự phụ thuộc cường độ tổng vào d, wo (giá trị d wo thay giá trị khác nhau, chương trình chạy phần mềm Matlab) z=-20:0.5:20; ro=-2:0.05:2; d=0; wo=1; ro_dv=1; lamda=1.064; n_1=1.592; n_2=1.332; m=n_1./n_2; a=10.*10.^(-3); pi=3.14; U=10.^(-6); c=3.*10.^2; k=2.*pi./lamda; mi_0=1; exi_0=1; z_dv=1; x_dv=1; r_ng=ro./wo; z_ng=z./(k.*wo.^2); d_ng=d./(2.*k.*wo.^2); P=1.*10.^18; alpha=(128.*pi.^5.*a.^6./(3.*lamda.^4)).*((m.^2-1)./(m.^2+2)).^2; beta=4.*pi.*n_2.^2.*exi_0.*a.^3.*((m.^2-1)./(m.^2+2)); [x,y]=meshgrid(r_ng,z_ng); N_l=P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(y+d_ng).^2))./(1+4.*(y+d_ng).^2); N_r=P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(y-d_ng).^2))./(1+4.*(y-d_ng).^2); N=N_l+N_r; figure(2); surfc(x,y,N); xlabel('ro'); ylabel('z'); figure(3); contour(ro,z,N,150); grid; Trang 52 Phụ lục 2: Sự phụ thuộc quang lực Fgrad, vào , z t (chương trình chạy phần mềm Matlab) t=0.5; z=-20:0.5:20; ro=-2:0.05:2; d=10; w_0=1; tau=1; ro_ng=ro./w_0; t_ng=t./tau; lamda=1.064; n_1=1.592; n_2=1.332; m=n_1./n_2; a=10.*10.^(-3); pi=3.14; U=10.^(-6); c=3.*10.^2; k=2.*pi./lamda; mi_0=1; exi_0=1; z_dv=1; x_dv=1; z_ng=z./(k.*w_0.^2); d_ng=d./(2.*k.*w_0.^2); [x,y]=meshgrid(ro_ng,z_ng); P=2.*sqrt(2).*U./(pi.^(3./2).*(w_0.^2).*10.^(-8).*tau.*10.^(-12)); alpha=(128.*pi.^5.*a.^6./(3.*lamda.^4)).*((m.^2-1)./(m.^2+2)).^2; beta=4.*pi.*n_2.^2.*exi_0.*a.^3.*((m.^2-1)/(m.^2+2)); N_l=P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(y+d_ng).^2)).*exp(-2.*(t_ng(y+d_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(y+d_ng).^2); N_r=P.*exp(-2.*x.^2./(1+4.*(y-d_ng).^2)).*exp(-2.*(t_ng-(yd_ng).*k.*w_0.^2./(c.*tau)).^2)./(1+4.*(y-d_ng).^2); N=N_l+N_r; F_s=z_dv.*n_2.*alpha.*N_l./c-z_dv.*n_2.*alpha.*N_r./c; F_g_z=(z_dv.*2.*beta.*N_l./(n_2.*exi_0.*c.*k.*w_0.^2)).*((y+d_ng).*k.^2.*w_0.^4./(c.^2.*t au.^2)+k.*t_ng.*w_0.^2./(c.*tau)+2.*(y+d_ng).*(1+4.*(y+d_ng).^22.*x.^2)./(1+4.*(y+d_ng).^2).^2)+(z_dv.*2.*beta.*N_r./(n_2.*exi_0.*c.*k.*w_0.^2)) *((y-d_ng).*k.^2.*w_0.^4./(c.^2.*tau.^2)+k.*t_ng.*w_0.^2./(c.*tau)+2.*(yd_ng).*(1+4.*(y-d_ng).^2-2.*x.^2)./(1+4.*(y-d_ng).^2).^2); F_g_ro=abs((-2.*beta.*N_l./(n_2.*exi_0.*c.*w_0)).*x./(1+4.*(y+d_ng).^2)(2.*beta.*N_r./(n_2.*exi_0.*c.*w_0)).*x./(1+4.*(y-d_ng).^2)); F_t=z_dv.*8.*mi_0.*beta.*N_l.*(t_ng./tau)+z_dv.*8.*(y+d_ng).*mi_0.*beta.*N_l.*k.*w _0.^2./(c.*tau.^2)+z_dv.*8.*mi_0.*beta.*N_r.*(t_ng./tau)-z_dv.*8.*(yd_ng).*mi_0.*beta.*N_r.*k.*w_0.^2./(c.*tau.^2); F_z=abs(F_s+F_g_z+F_t); surf(F_g_ro); figure(2); contour(ro,z,F_g_ro,100);grid; Trang 53 Phụ lục 3: Chương trình mô ổn định hạt mẫu bẫy (chương trình chạy cho phần mềm Matlab) wo=10.^-6; c=3.*10.^8; n1=1.592; n2=1.332; m=n1./n2; lamda=1.064.*10.^-6; nui =7.797.*10.^(-4); a=10.*10.^-9; to=10.^-12; for n =1:1:10 U=(1.*n).*10.^-6; kbT=4.14.*10.^-21; gamma=6.*pi.*a.*nui; D=kbT./gamma; can2=sqrt(2); mausoP=(pi.^(3/2)).*wo.^2.*to; P=2.*can2.*U./mausoP; disp('P ');disp(P); beta=4.*pi.*(n2.^2).*(a.^3).*(m.^2-1)./(m.^2+2); A=2.*beta.*P./c./n2./wo./gamma; B=sqrt(2.*D); disp('hang so A = ');disp(A) disp('hang so B = ');disp(B) Ao=wo;Bo=-3;delta=6./10000; for i=1:1:10000 t=-3+(i-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;figure(n); plot(6.*i./10000,lido,'-k'); grid on; hold on; Ao=lido; Bo=t; end xlabel('t(ps)'); ylabel('ro(m)'); end Trang 54 ... thể ảnh hưởng lượng đỉnh xung Gauss lên ổn định bẫy chương thứ ba Trang 32 Chƣơng III ẢNH HƢỞNG CỦA NĂNG LƢỢNG ĐỈNH XUNG LASER LÊN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY Trong chương I II nhận thấy ổn định bẫy quang. .. nhiều dạng bẫy như: bẫy chùm Gauss, bẫy hai chùm Gauss, bẫy hai xung Gauss ngược chiều Từ ứng dụng bẫy quang học, ta thấy để thao tác hạt bẫy yêu cầu đặt ổn định bẫy Do đó, để bẫy ổn định cần phải... ĐẠI HỌC VINH  TRƢƠNG THANH SƠN ẢNH HƢỞNG CỦA NĂNG LƢỢNG ĐỈNH XUNG LÊN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI XUNG GAUSS NGƢỢC CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: QUANG HỌC