- 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.
3.1.Phõn bố quang lực của hai xung Gauss ngược chiều tỏc động lờn hạt điện mụ
S = Xf Xf là cụng suất trờn một đơn vị tần số, là hàm của tần số cú dạng hàm
3.1.Phõn bố quang lực của hai xung Gauss ngược chiều tỏc động lờn hạt điện mụ
hạt điện mụi
Giả sử một bẫy quang học được cấu tạo từ hai xung laser bước súng
1, 064 m
λ= à , phỏt ra từ buồng cộng hưởng cầu, cú dạng Gauss với mặt thắt chựm
tia là w0 =10àm, độ rộng xung là τ =1ps, và năng lượng toàn phần là U =0, 4àJ .
Bẫy quang học này được sử dụng bẫy hạt thủy tinh cú kớch thước thay đổi trong khoảng a=10nm, chiết suất của hạt thủy tinh n1 =1,592 được trộn trong mụi trường điện mụi ở nhiệt độ 20oC cú chiết suất n2 =1, 289. Sự phõn bố quang lực được mụ
phỏng theo cỏc biểu thức (1.26), (1.27) và (1.28). Kết quả mụ phỏng được trỡnh bày ở cỏc mục sau.
3.1.1. Phõn bố của lực Fgrad trongmặt phẳng pha (ρ,t)
Quang lực ngang Fgrad,ρ bị ảnh hưởng lớn bởi khoảng cỏch giữa hai mặt thắt chựm tia. Quang lực Gradient Fgrad,ρ được tớnh toỏn trong biểu thức (1.29b) với những tham số: d =10àm, w0 =1àm, t =(−1ữ1)τ, ρ=(−2ữ2)w0 tại z =5àm trong mặt phẳng pha (ρ,t) cho vài giỏ trị của khoảng thời gian xung: τ =0.5ps (a),
ps
1
=
τ (b), và τ=1.5ps(c) được minh hoạ ở hỡnh 3.1.
Từ hỡnh 3.1 cú thể nhận thấy rằng max ,
grad
F ρ tăng theo thời gian τ, nhưng vựng bẫy quang học trong mặt phẳng pha (p,t), ghi chỳ bởi hỡnh chữ nhật, thỡ càng ngày càng rộng hơn. Điều này cú nghĩa là, bẫy quang học càng ổn định hơn khi sử dụng xung Gauss với khoảng thời gian dài hơn và mà giải thớch rừ ràng tại sao cỏi bẫy quang học cú hiệu quả được làm bởi Laser CW. Hơn nữa quang lực ngang đối xứng hoàn toàn qua trục chựm tia và đối xứng qua đỉnh xung (t=0).
3.1.2. Phõn bố của lực Fgrad, ρ trong mặt phẳng pha (z,ρ)
Phõn bố của lực quang học ngang Fgrad,ρ cho xung với với độ rộng τ=1ps, tại cỏc thời điểm khỏc nhau được minh họa trong hỡnh 3.2.
Hỡnh 3.1. Quang lực ngang, Fgrad,ρ, trong mặt phẳng pha ( )ρ,t cho cỏc
Lực ngang max ,ρ
grad
F thay đổi trong thời gian xung. Vựng bẫy ổn định nằm trong hỡnh trụ bỏn kớnh w0 /2, chiều dài d, đỏnh dấu bởi hỡnh chữ nhật, gần như khụng thay đổi. Hơn nữa trờn trục dọc z, ta thấy rằng quang lực ngang hoàn toàn đối xứng, khụng bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng vận tốc nhúm của xung.
Sự phõn bố của lực quang học ngang Fgrad,ρ cho xung với khoảng thời gian
ps
1
=
τ tại t =0, cho những khoảng cỏch khỏc nhau giữa hai mặt thắt được minh họa trong hỡnh 3.2. a b c z/W0 ρ/W0 ρ/W0 z/W0 Fgrad ,ρ [ pN ] b c ρ/w0 ρ/W0 z/ w0 [pN] a c d e f
Hỡnh 3.2. Lực Quang học ngang Fgrad, ρ trong mặt phẳng pha (z,ρ) cho xung cú độ rộng τ =1ps tại cỏc thời điểm t = -0.5 τ (a); t = 0.0τ (b); t = 0.5 τ (c).
Hỡnh 3.3. Quang lực ngang Fgrad, ρ trờn mặt phẳng pha (z,ρ) của xung τ=1ps, tại thời điểm t=0 với cỏc giỏ tị khỏc nhau d = -10w0 (a), d = -5w0 (b), d=0 (c), d=5w0
Từ hỡnh 3.2, chỳng ta thấy rằng, xung ứng với những khoảng cỏch d lớn hơn, thỡ độ lớn của lực cực đại bị giảm bớt (hỡnh 3.2 f), trong khi đú vựng bẫy ổn định (vựng lõn cận tọa độ gốc z = 0) ngày càng rộng hơn.
3.1.3. Phõn bố của lực Fz trong mặt phẳng pha (z,t) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những lực quang học dọc được tớnh toỏn bởi những biểu thức (1.29a), (1.29c), (1.29d) và (1.30). Sự phõn bố của chỳng ứng với những xung cú những khoảng thời gian khỏc nhau được minh họa trong hỡnh 3.4.
Trong hỡnh 3.4, rừ ràng nhỡn thấy rằng bốn đỉnh của những lực quang học dọc nằm xung quanh gốc toạ độ và đối xứng. Vựng bẫy quang học ổn định càng lớn hơn khi thời gian xung τ tăng lờn. Sự tỏc động của lực quang học dọc lờn hạt khụng thay đổi và hoàn toàn đối xứng khi thay đổi độ rộng xung. Điều này hoàn toàn khỏc với trường hợp sử dụng một xung như ở chương 2.
Từ biểu thức tớnh quang lực (1.29), ta thấy rằng, quang lực tỏc động lờn hạt khụng những phụ thuộc vào cường độ laser, mà cũn phụ thuộc vào kớch thước và chiết suất của hạt thụng qua hệ số phõn cực. Hơn nữa, theo phương trỡnh Langervin, quỏ trỡnh động học của hạt trong chất lưu cũng phụ thuộc vào kớch thước hạt.
Như vậy, ta thấy quỏ trỡnh ổn định của bẫy quang học phụ thuộc vào quang
b
z/W0
[pN]
a c
d e f
Hỡnh 3.4. Phõn bố quang lực dọc Fz trờn mặt phẳng pha (z, t) cho xung cú độ rộng khỏc nhau τ=0.5ps (a, d), τ=1ps (b, e) and τ=1.5ps (c, f) trờn trục z (ρ=0)
lực của chựm tia Gauss, kớch thước của hạt, ngoài ra quỏ trỡnh ổn định của bẫy cũn phụ thuộc vào mụi trường mẫu chứa hạt hay phụ thuộc vào độ nhớt, nhiệt độ mụi trường, trọng lực ... Trong giới hạn của luận văn chỳng tụi chỉ xột ảnh hưởng của độ nhớt của mụi trường chứ hạt bẫy vấn đề này được chỳng tụi trỡnh bày sau đõy.