CHƯƠNG 1: BẪY QUANG HỌC

- Cỏc lực ngẫu nhiờn khi thao tỏc, lực này thường ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống bẫy, nờn chỳng ta bỏ qua khi xột về động lực học.

CHƯƠNG 1: BẪY QUANG HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: BẪY QUANG HỌC

1.1. Photon 6

1.2. Chựm laser Gauss và xung laser Gauss 10

1.2.1 Chựm laser Gauss 10

a. Khỏi niệm 10

b. Một số đặc trưng của chựm Gauss 10

1.2.2 Xung laser Gauss 12

a. Khỏi niệm 12

b. Cường độ xung Gauss 13

1.3. Quang lực xung Gauss 14

1.3.1. Quang lực của đơn xung Gauss tỏc động lờn hạt điện mụi 14 1.3.2. Quang lực của hai xung Gauss ngược chiều tỏc dụng lờn hạt điện mụi 16 a. Phõn bố năng lượng tổng của hai chựm Gauss ngược chiều 16 b. Quang lực của hai xung Gauss ngược chiều tỏc dụng lờn hạt điện mụi 18

1.4. Cấu hỡnh của bẫy quang học 19

1.5. Ứng dụng của bẫy quang học 20

1.6. Kết luận 22

Chương 2. SỰ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY QUANG HỌC

2.1. Mụi trường chứa hạt mẫu 23

2.2. Cỏc lực tỏc động lờn hạt mẫu 23

2.3. Quỏ trỡnh động học của hạt trong chất lưu, phương trỡnh Langervin 24

2.3.1 Lực khuếch tỏn 24

2.3.2 Lực trọng trường và lực Acimet 24

2.3.3. Chuyển động Brown 25

2.3.4. Phương trỡnh Langevin mụ tả chuyển động của hạt trong trường trọng lực

28 2.4. Quỏ trỡnh động học của hạt dưới tỏc động của bẫy quang học 30

2.5. Độ bền của bẫy quang học 31

2.6. Phương phỏp mụ phỏng 32

2.7. Kết luận 33

CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHỚT LấN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA BẪY QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI XUNG GAUSS NGƯỢC CHIỀU

3.1. Phõn bố quang lực của hai xung Gauss ngược chiều tỏc động lờn hạt điện mụi

35 3.1.1. Phõn bố của lực Fgrad trongmặt phẳng pha (ρ,t) 36 3.1.2. Phõn bố của lực Fgrad, ρ trong mặt phẳng pha (z,ρ) 36 3.1.3. Phõn bố của lực Fz trong mặt phẳng pha (z,t) 38 3.2. Ảnh hưởng độ nhớt của cỏc mụi trường trong bẫy 39 3.2.1. Quỏ trỡnh chuyển động Brown của hạt thủy tinh trong mụi trường 39

chứa mẫu bẫy khi chưa cú quang lực

3.2.2. Ảnh hưởng của mụi trường điện mụi lờn sự ổn định bẫy quang học khi hạt ở biờn

40 3.2.3. Ảnh hưởng của độ nhớt của mụi trường bẫy lờn hạt ở tõm 45 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

3.3. Kết luận 50

51 52

MỞ ĐẦU

Bẫy quang học hay kỡm quang học là cỏc thiết bị giam giữ cỏc đối tượng nghiờn cứu cú kớch thước cỡ nguyờn tử: Cỏc hạt điện mụi, cỏc nguyờn tử được làm lạnh, hồng cầu, cỏc tế bào lạ … Nguyờn lý hoạt động của bẫy quang học dựa trờn sự tỏc động của quang lực lờn cỏc hạt cú kớch thước cỡ nanomet. Hiện nay bẫy quang học đó được đề cập nghiờn cứu bằng lý thuyết, thực nghiệm và đó đưa vào khảo sỏt quỏ trỡnh hoạt động của của một số hạt kớch cỡ nano. Mục tiờu của bẫy quang học là ổn định được đối tượng nghiờn cứu, quỏ trỡnh ổn định này phụ thuộc rất nhiều điều kiện như: Cấu hỡnh của bẫy, độ lớn của quang lực, mặt thắt chựm tia, độ lớn của lực Brown, độ lớn của kớch thước hạt, chiết suất của hạt, nhiệt độ mụi trường, tỏc động của lực hấp dẫn, … Những vấn đề này vẫn cũn bỏ ngừ cả về lý thuyết và thực nghiệm.

Hiện nay cú một số đề tài nghiờn cứu cấp Nhà nước như: Chế tạo kớnh hiển vi laser quột đồng tiờu [7] ứng dụng nghiờn cứu tế bào lạ, vi khuẩn, … Nghiờn cứu hệ làm lạnh quang từ [9] để làm lạnh nguyờn tử là những đề tài cần đến quỏ trỡnh ổn định cỏc đối tượng nghiờn cứu. Để cú được những luận cứ khoa học về ổn định của

cỏc đối tượng khi sử dụng cỏc thiết bị trờn cần cú những nghiờn cứu cụ thể, trước hết về mặt lý thuyết, nhằm mục đớch định hướng cho quỏ trỡnh xõy dựng thực nghiệm.

Từ những năm 1970, Ashkin, đó cú ý tưởng sử dụng chựm laser để giam giữ cỏc hạt cú kớch thước cỡ micro và nano [10]. Từ đú đến nay nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về bẫy quang học đó được quan tõm nghiờn cứu [11,12,13,15,14,16]. Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu trờn chỉ tập trung vào bẫy quang học sử dụng chựm laser liờn tục cú quang lực cỡ hàng trăm pN, hay sử dụng một xung Gauss cú độ rộng xung lớn hiệu suất bẫy khụng cao, chưa đề cập đến chuyển động Brown của đối tượng nghiờn cứu trong mụi trường, hơn nữa cũng chưa quan tõm đến độ lớn của vựng ổn định, độ lớn của kớch thước hạt, nhiệt độ mụi trường, độ nhớt, tỏc động của lực hấp dẫn …

Cho đến năm 2007, nhiều cụng trỡnh trờn thế giới đó cụng bố kết quả nghiờn cứu về bẫy quang học, đặc biệt cỏc kết quả sử dụng bẫy quang học nghiờn cứu cỏc đối tượng sinh học, hoỏ học. Sử dụng bẫy quang nghiờn cứu bạch cầu và hồng cầu trong tế bào sống [15], nghiờn cứu về hạt vàng nano [14], đo kớch thước của cỏc hạt kớch thước micromet [8]. Từ những kết quả nghiờn cứu trờn xuất hiện vấn đề cần đề cập là ảnh hưởng của cỏc yếu tố khỏc lờn đối tượng nghiờn cứu gõy nờn sự mất ổn định của mẫu. Mới đõy nhất Volpe và cộng sự đó nghiờn cứu chuyển động của Brown trong mụi trường dưới tỏc dụng của trường trọng lực khụng đồng nhất và trường quang [16]. Tuy nhiờn, chưa đề cập đến việc ứng dụng cỏc kết quả này vào quỏ trỡnh ổn định của bẫy quang học.

Những vấn đề trờn cũng chưa được quan tõm nghiờn cứu ở Việt Nam cả về lý thuyết, thực nghiệm và ứng dụng. Việc chưa cú nhúm nghiờn cứu nào quan tõm cú thể do chưa thấy được đối tượng ứng dụng trong thực tế và những khú khăn về tài chớnh và thiết bị hiện đại. Sau khi Bộ KHCN cú hướng nghiờn cứu phỏt triển cỏc thiết bị laser vào nghiờn cứu y học, sinh học, đặc biệt là kớnh hiển vi sử dụng laser và thiết bị làm lạnh nguyờn tử, chỳng tụi cú ý tưởng nghiờn cứu về bẫy quang học

nhằm hổ trợ cỏc thiết bị trờn. Tuy nhiờn trong giới hạn của luận văn chỳng tụi chủ yếu nghiờn cứu ảnh hưởng của mụi trường điện mụi lờn quỏ trỡnh ổn định của hạt trong bẫy quang học Gauss, đú là lý do mà tụi chọn đề tài là:

“Ảnh hưởng của độ nhớt lờn sự ổn định của bẫy quang học sử

dụng hai xung Gauss ngược chiều ”

Mục tiờu của đề tài là đưa ra được cỏc luận cứ cú tớnh khoa học, xõy dựng cỏc điều kiện để cú thể ổn định được cỏc hạt cú kớch thước nano bằng bẫy quang học.

Những vấn đề nghiờn cứu của luận văn được trỡnh bày theo bố cục sau: - Chương 1: Bẫy quang học

- Chương 2: Sự ổn định của bẫy quang học

- Chương 3: Ảnh hưởng của độ nhớt lờn sự ổn định của hạt trong bẫy quang học

- Phần kết luận chung: Nờu những vấn đề đó được nghiờn cứu và hướng phỏt triển mới của luận văn.