Để khảo sát ảnh hưởng của các tham số vào quang lực và vùng ổn định, ta xét phân bố của quang lực dọc trên trục truyền lan, tức là xét khi 0 và phân bố quang lực ngang trên đường kính thắt chùm, tức là xét khi z=0. Ngoài gradient cường độ, yếu tố tạo nên quá trình bẫy các vi hạt là tỉ số chiết suất giữa vi hạt và môi trường [3]:
Hình 2.16. Sự phụ thuộc max
total
Hình 2.17. Phân bố quang lực dọc trên trục truyền lan với các tỉ số chiết suất
khác nhau( năng lượng U = 2mJ, W0=1m) a) m = 0,8 b) m = 0,9 , c) m = 1,2, d) m = 1,4
Đối với kìm quang học sử dụng chùm tia laser dạng Gaussian, điều kiện bẫy chỉ có thể xảy ra chiết suất vi hạt lớn hơn chiết suất môi trường, tức là m = nh / nm >1. Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm, đặc biệt trong sinh học, có thể không xác định được chiết suất của vi hạt và môi trường chất lưu.
Do đó, tỉ số chiết suất có thể khác nhau đối với các vi hạt khác nhau nhúng trong các môi trường chất lưu khác nhau. Hiện tượng này sẽ gây nghi ngờ cho các nhà thực nghiệm khi không thể bẫy vi hạt bằng chùm Gaussian. Với lý do đó, trong một số trường hợp, sử dụng chùm tia Gaussian để thiết kế kìm sẽ không hiệu quả. Để hiểu được điều này, ta khảo sát sự phụ thuộc của quang lực và phân bố của chúng vào tỉ số chiết suất.
Giả thiết rằng, tỉ số chiết suất thay đổi từ 0,8 đến 1,4. Phân bố quang lực dọc và quang lực ngang với các giá trị khác nhau của tỉ số chiết suất được trình bày tương ứng trên hình 2.17 và hình 2.18. Kết quả cho thấy, khi tỉ số chiết suất âm,
1, 0
m (chiết suất vi hạt nhỏ hơn chiết suất môi trường) các lực đều có hướng cùng chiều với hướng chuyển động của vi hạt (Hình 2.17a,b và hình 2.18b), tức là, kìm
chiết suất khác nhau ( năng lượng U = 2mJ, W0=1m) a) m = 0,8, b) m = 0,99 , c) m = 1,2, d) m = 1,4
Khi m1, 0 (chiết suất vi hạt lớn hơn chiết suất môi trường), hướng của lực ngược chiều chuyển động của vi hạt, tức là kìm hoạt động (Hình 17c,d và hình 18c,d). Hơn nữa, khi tỉ số chiết suất tăng giá trị cực đại của quang lực dọc (Hình 2.19) cũng như quang lực ngang (Hình 2.20) đều tăng. Tuy nhiên, từ hình 2.19 và hình 2.20, thấy rằng thay đổi tỉ số chiết suất không ảnh hưởng đến độ lớn vùng ổn định.
Hình 2.20. Sự phụ thuộc của quang lực ngang cực đại vào tỉ số chiết suất
2.14. Kết luận chương 2.
Trong chương này tôi đã dẫn ra một cách tường minh biểu thức tính quang lực tổng hợp của ba cặp xung Gaussian ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi hình cầu trong chế độ Rayleigh. Qua đó khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số chùm tia như khoảng cách giữa hai mặt thắt chùm tia, bán kính mặt thắt chùm tia, năng lượng xung bơm và bán kính hạt lên quang lực tổng hợp.
Kết quả khảo sát cho thấy, quang lực tổng hợp của ba cặp xung Gaussian truyền lan ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi phụ thuộc vào các tham số của chùm tia. Với việc chọn các tham số chùm tia một cách phù hợp thì bẫy quang học sử dụng ba cặp xung Gaussian ngược chiều tồn tại một vùng ổn định là một hình cầu và hạt thao tác bị giam trong hình cầu. Quang lực tác dụng lên hạt đóng vai trò là lực hướng tâm nên hạt luôn có xu hướng bị hút vào tâm của hình cầu.
Độ lớn vùng ổn định của bẫy cùng giống như quang lực phụ thuộc vào các tham số chùm tia như khoảng cách giữa hai mặt thắt chùm tia, bán kính mặt thắt chùm tia và năng lượng xung bơm. Tuy nhiên, độ ổn định của bẫy còn phụ thuộc
vào các tham số khác như chiết suất và khối lượng riêng của hạt (hai tham số này ảnh hưởng đến độ lớn quang lực). Hơn nữa độ ổn định theo thời gian cùng phụ thuộc vào môi trường xung quanh của mẫu như dung môi, độ lớn của chân không (hai tham số này ảnh hưởng đến lực gây chuyển động Brown). Mặt khác, ta chỉ mới khảo sát sự phân bố quang lực của ba cặp xung Gaussian ngược chiều với các tham số của các cặp hoàn toàn giống nhau mà chưa xét đến sự thay đổi khác nhau của các tham số của mỗi cặp chùm tia.
phân bố cường độ tổng, ảnh hưởng của năng lượng xung bơmU đến phân bố cường độ tổng.
Với mẫu kìm quang học đã khảo sát, quang lực dọc đối xứng qua thắt chùm, tức là ảnh hưởng của lực tán xạ không đáng kể; giá trị cực đại của nó tỉ lệ thuận với tỉ số chiết suất. Độ lớn vùng bẫy trên trục truyền lan, tức là khoảng cách giữa hai cực đại của quang lực dọc gần như không phụ thuộc vào tỉ số chiết suất.
Quang lực ngang luôn luôn đối xứng qua trục truyền lan; Giá trị cực đại của nó tỉ lệ thuận với tỉ số chiết suất; Độ lớn vùng bẫy, tức là khoảng cách giữa hai cực đại của quang lực ngang gần như không phụ thuộc vào tỉ số chiết suất.
Độ lớn của vùng bẫy không phụ thuộc vào số chiết suất. Khi tỉ số chiết suất tăng giá trị cực đại tại biên của vùng ổn định càng lớn, do đó, hiệu quả của hoạt động của kìm tăng lên và kìm không bao giờ bị phá vỡ. Tuy nhiên, trong trường hợp tỉ số chiết suất nhỏ hơn 1, tức là m1 , kìm sẽ bị phá vỡ, do đó, không thể sử dụng chùm tia laser Gaussian. Hiện tượng này dễ xẩy ra khi vi hạt và môi trường nhạy với hiệu ứng Kerr.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phan Sỹ Châu, Ảnh hưởng của kích thước hạt điện môi lên độ ổn định của bẫy quang học, Luận văn Thạc sỹ, Thư viện Đại học Vinh, 2009.
[2]. Hồ Quang Quý, Laser rắn công nghệ và ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006.
[3]. Hồ Quang Quý, Mai Văn Lưu, “ Stale Manipulation Dielectric Sphere of Optical Trapping by two counter- propagating Gauss Pulsed Beams,” IWP&A, Nha Trang, Sept.10-14, 2008.
[4]. Trần Hải Tiến, Phân bố quang lực của hai xung Gauss ngược chiều, Luận văn Thạc sỹ, Thư viện Đại học Vinh, 2008.
[5]. C. L. Zhao, L. G. Wang, X. H. Lu, “ Radiation Forces on a Dielectric Sphere produced by Focused Hollow Gaussian Beams,” Phys. Lett. A(2006), pp. 502-506.
[6]. 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});