پایان نامه بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک های نوری
فهرست محتوا
فصل اول پیشینه تحقیق و بررسی منابع
- مقدمه:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2
- 1-1 نظریات دستکاری میکروسکوپی نوری……………………………………………………………………………………………….. 3
- 1-2 نیروی اپتیکی:………………………………………………………………………………………………………………………………………. 4
- 1-3 فشار اپتیکی:…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6
- 1-4 معرفی انبرکهای نوری……………………………………………………………………………………………………………………….. 7
- 1-5 دینامیک انبرکهای نوری:………………………………………………………………………………………………………………… 10
- 1-6 تعدادی از کاربردهای انبرکهای نوری:……………………………………………………………………………………………. 12
- 1-7 تله اندازی نوری…………………………………………………………………………………………………………………………………. 12
- 1-8 نیروها در رژیم رایلی…………………………………………………………………………………………………………………………. 13
- 1-9 نیرو در حوزه Mie……………………………………………………………………………………………………………………………. 15
- 1-10 اثر پهنای باریکه:……………………………………………………………………………………………………………………………… 18
- 1-11 حوزه میانی……………………………………………………………………………………………………………………………………… 21
- 1-12 تله اندازی اپتیکی مانند یک مساله پراکندگی…………………………………………………………………………….. 22
- 1-13 تقریب پاراکسیال:……………………………………………………………………………………………………………………………. 26
- 1-14 نیروهای اضافی در انبرکهای نوری:……………………………………………………………………………………………… 27
- 1-15 اندازه گیری نیرو:……………………………………………………………………………………………………………………………. 29
- 1-16 اندازه گیری نیروهای عرضی………………………………………………………………………………………………………….. 30
- 1-17 مشخص کردن موقیعت ذره:………………………………………………………………………………………………………….. 32
- 1-18 روشهای کالیبره کردن:…………………………………………………………………………………………………………………. 33
- 1-19 کالیبره کردن اندازه گیری نیرو:…………………………………………………………………………………………………….. 35
- 1-20 کالیبره کردن نیروی کشش ویسکوزیته:……………………………………………………………………………………….. 36
- 1-21 کالیبره کردن حرکت براونی:………………………………………………………………………………………………………….. 36
- فصل دوم: مواد و روشهای مورد استفاده تحقیق…………………………………………………………………………………….. 38
- مقدمه:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 39
- 2-1 تله اندازی نوری:………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
- 2-2 مطالعه دینامیک انبرک نوری در برهمکنش رامان…………………………………………………………………………. 42
- 2-3 برهمکنش با ماده:……………………………………………………………………………………………………………………………… 43
- 2-4 بررسی اثرات ثابت توان لیزر بر ثابت سختی تله:……………………………………………………………………………. 46
- 2-5 تصویر برداری و آشکار سازی نانوذرات…………………………………………………………………………………………….. 48
- 2-6 نیروهای نوری بر روی نانوذرات………………………………………………………………………………………………………… 49
- 2-7 نیروها در تقریب دو قطبی………………………………………………………………………………………………………………… 49
- 2-8 نیروهای خارج از تقریب دو قطبی…………………………………………………………………………………………………… 50
- 2-9 نیروهای همبستگی نوری:…………………………………………………………………………………………………………………. 53
- 2-10 دینامیک نانوذرات به دام افتاده…………………………………………………………………………………………………….. 54
- فصل سوم نتایج وپیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………… 57
- 3-1 توان و انرژی لیزری در جابه جایی ذرات:……………………………………………………………………………………….. 64
- نتیجه گیری:……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 68
- پیشنهادات:………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 68
- مراجع:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 69
فصل اول پیشینه تحقیق و بررسی منابع
مقدمه:
اگر چه با تجربه روزانه در تناقض است، اما از زمان ظهور تئوری الکترومغناطیس به وسیله ماکسول، پذیرفته شده است که امواج نوری دارای تکانه خطی هستند. ماکسول طرز عمل تئوری به صورت خودسازگار توضیحهای کپلر را اثبات کرد که معتقد بود نیروهای دافع خورشید روی قسمتهای دنباله دار از فشار تابش نور خورشید ناشی میشود. حتی قبل از اختراع لیزرها، مشاهدات با لوازم آزمایشگاهی دقیق از لحاظ کیفی (لبدو 1903، نیکول و هال 1901) و به صورت کمی (نیکول و هال 1901) وجود فشار تابشی را ثابت کرد. به هر حال دستکاری میکرونی اپتیکی به عنوان یک وسیله به محدود کردن انتخابی و حرکت ذرات کوچک، گرادیان شدت خیلی بالا لازم دارد که تنها با چشمههای نور لیزر ممکن میشود. این شاخه از فعالیت چهل سال قبل به وسیله اشکین در مقالهای با عنوان ” شتاب و تله اندازی ذرات به وسیله فشار تابشی” [1] آغاز گردید. او باریکه لیزر متمرکز شده ضعیف را برای هدایت ذرات استفاده کرد. او نه تنها شتاب ذرات به وسیله نیروی تابش را مشاهده کرد بلکه متوجه یک نیروی گرادیان (هل دادن ذرات شفاف با یک ضریب شکست بالاتر از محور باریکه احاطه کننده) شد. علاوه بر این او مفهوم تله اندازی نوری انتشار شمارنده را ارائه و اثبات کرد که در آن فشار تابشی دو باریکهٔ لیزر مخالف منجر به محصور شدن سه بعدی پایدار ذرات میشد. به زودی تلههای اپتیکی پایدار دیگر شامل تله معلق اپتیکی ناشی از موازنه نیروی گرانش با فشار تابشی اثبات گردید [1]. یک شکاف مهم در شاخه دستکاری میکرونی اپتیکی، اثبات تله نیروی گرادیان باریکه منفرد بود که امروزه به انبرکهای نوری معروف است. در انبرکهای نوری یک باریکه لیزر منفرد به واسطه یک عدسی با روزنه عددی بالا شدیداً متمرکز میشود و به وسیله این وسایل میتوان نیروهای گرادیان متقابل کننده با نیروهای پراکندگی را در جهت انتشار ایجاد کرد. این پیاده سازی ظریف از تله اپتیکی، تله اندازی اپتیک سه بعدی ذرات دی الکتریک به صورت پایا را ممکن میسازد. بر پایهٔ این ساختههای بنیادی یک شاخه کلی از دستکاری اپتیکی ذرات میکرونی توسعه یافت. از یک سو انبرکهای نوری به صورت همه جانبه سریعاً توسعه پیدا کردند که شامل ابزارهای چند تابعی به وسیله سازوکار تسهیم زمان، شکل دهی باریکهٔ هولوگرافیک و یک تعداد غیر قابل شمارش از پالایش تکنولوژیکی را میشد. از سوی دیگر یک محدوده وسیع از سازوکارهای دیگر ظاهر شد که مفهوم انبرکهای اپتیکی گسسته چندگانه یا منفرد را فراتر برد اما یک چشم انداز اپتیکی مربوط به مسائل ویژه ارائه نمود.
1-1 نظریات دستکاری میکروسکوپی نوری
اگر ما لیزری را برداریم و به یک ذرهٔ کوچک بتابانیم، همزمان با حرکت نور، باریکه لیزر در درون آن انعکاس مییابد. نیروهایی که باعث تغییرات مسیر میشود، طوری روی ذره فعالیت انجام میدهند تا ذره به بخش پر تراکمتر پرتو لیزر حرکت کند. به خاطر اینکه پرتوهای لیزر منحنی گائوسی دارند، بخش پر شدت آن در مرکز محورهای پرتوها است. بنابرین نیرو، ذرات را محدود به محور پرتو میکند و از آنجایی که کانون پرتو قسمت پرتراکم پرتو در مسیر انتشار است، آن ذرات را به سمت کانون هدایت میکند. ذرات در سه بعد به دام می افتند. برای تولید نیروی کافی برای رسیدن به این پدیده دام انداختن سه بعدی، احتیاج به توان زیادی نیست. ما به شیب شدت بالا نیاز داریم و توجه خود را روی نقاطی با قطر چند میکرون متمرکز میکنیم. ذرات به دام افتاده از این طریق زمینهٔ تحقیقات فراوانی را محیا کردهاند. از طریق گرفتن ذرات چسبیده به انتهای مولکولها و کشیدن آنها میتوانیم ویژگیهای کشسانی DNA را اندازه گیری کنیم. اگر ذرات به دام بیافتند راحتتر میتوانند شناسایی شوند.
اگرچه مدهای پرتوی لیزر استفاده شده در دستکاری میکروسکوپی نوری هم در فاز و هم در دامنه متنوع هستند، بیشتر آنالیزهای تئوری دستکاری میکروسکوپی نوری در صفحه عرضی هنوز بر چگونگی انتقال تکانه خطی نور به ذرات استوار میباشد. اشکین [2] دو روش متفاوت دستکاری میکروسکوپی ارائه کرد که بر اساس اندازهٔ میکروذرات نسبت به طول موج نور مورد استفاده در دامهای نوری پایه گذاری شده بود.
در علم اتمسفری، ثابت شده است که ذرات معلق در هوا با توجه به اندازه خود نور را پخش میکنند. وقتی نور در حوزه رایلی[1] پراکنده میشود، اندازهٔ ذرات پراکنده شده کوچکتر از طول موج نور است. بنابراین به این نتیجه میرسیم که مسئول رنگ قرمز غروب آفتاب و آبی آسمان، جداسازی زاویه دار است. وقتی نور در حوزه می[2] اتفاق می افتد، ذرات پخش شونده مانند دود و قطرات آب و گردوغبار، بزرگتر از طول موج نورها هستند. پراکندگی می مسئول سفیدی رنگ ابرها است.
با دنبال کردن همان روش، اشکین بیان کرد که دستکاری میکروسکوپی نوری توسط دو روش مجزا آنالیز میشود. یکی از این روشها رویکرد اپتیک پرتویی برای ذرات می میباشد (قطر ذرات بزرگتر از طول موج نور) و دیگری تقریب دو قطبی الکتریکی برای ذرات رایلی است (طول موج نور بزرگتر از قطر ذرات). (شکل 1-1)
1-2 نیروی اپتیکی:
نیروی اپتیکی اصلی از گرادیان شدت میدان الکتریکی حاصل میشود (نیروی گرادیان). بیشترین گرادیان با پرتو لیزر شدیداً متمرکز شده حاصل میشود. اگر ضریب شکست ذره بزرگتر از ضریب شکست محیط احاطه کننده (معمولاً آب) باشد، با کانونی کردن قوی، یک محبوس سازی سه بعدی میتواند به دست آید. نیروی گرادیان، شیء را در جهت گرادیان میدان الکتریکی هل میدهد. شیء در ناحیهای با شدت میدان بالا به تله می افتد.
نیروهای اپتیکی معمولاً با رابطه زیر تعریف میشوند:
در رابطه بالا Q فاکتور بی بعد است، نسبت ضریب شکستهای ذره و محیط میباشد و P توان لیزر است.
زمانی که نیرو با رابطه بالا تعریف شود فاکتورهای اصلی Q و هستند. فاکتور دوم تکانه فرودی بر ثانیه از باریکه لیزر در یک محیط با ضریب شکست میباشد. نیروها تنها زمانی اعمال میشوند که تکانه فرودی بر ثانیه، یا دامنه یا جهتش را تغییر دهد. فاکتور Q این تغییر را توصیف میکند. در یک سیستم با P و ثابت (که اغلب چنین است) تنها فاکتور Q نیروی وارد به شیء را تعیین میکند. فاکتور Q به طول موج، قطبش، ساختار مد، نسبت ضرایب و هندسه ذره بستگی دارد. نیروی فشار تابشی از یک پرتویی با تکانه بر ثانیه زمانی که Q=2 باشد، بزرگ خواهد بود. این متناظر با پرتو بازتابیده عمود بر روی آینه کاملاً بازتابنده است.
در تله اندازی اپتیکی دو نوع نیروی اپتیکی بین تله اندازی و هل دادن ذره به بیرون تله رقابت میکنند نیروی گرادیان ذره به دام افتاده را حفظ میکند در حالی که نیروی پراکندگی ذره را به بیرون از تله در جهت باریکه هل میدهد.
اگر شعاع ذره خیلی کوچکتر از طول موج نور باشد ذره به عنوان ذره رایلی بحث میشود بنابراین تقریب دو قطبی الکتریکی یا سازوکار رایلی استفاده میشود. در مواردی که شعاع ذره بزرگتر از طول موج باشد یک سازوکار اپتیک پرتویی ساده کافیست.
1-3 فشار اپتیکی:
شکل 1-2 پرتوهای بازتابیده و شکسته شده را نشان میدهد که در آن زاویه فرودی و زاویه بازتابید، زاویه شکست، تکانه فرودی، تکانه بازتابیده و تکانه شکست میباشد. نیروی فشار اپتیکی یعنی تغییر تکانه بر ثانیه به صورتی عمل میکند که تکانه نور در مرز پایسته باشد. جهت فشار اپتیکی عمود به سطح است. زیرا تکانه در جهت عرضی پیوسته است. نیروی فشار اپتیکی F ناشی شده از بازتابش و شکست در صفحه تداخل به وسیله رابطه زیر که تغییر تکانه را در جهت عمود در نظر میگیرد داده میشود:
که در آن c سرعت نور در خلأ، T و R به ترتیب ضرایب فرنل عبور و بازتابش هستند. در مورد نور قطبیده دایروی R به صورت میانگین برای قطبش s و برای قطبش p به صورت زیر داده میشود:
آن جا هیچ جذبی در نظر گرفته نشده است یعنی.
فشار اپتیکی کل عمل کننده روی اشیاء میکرونی، جمع برداری نیرویهای اعمالی بر روی سطح مقطع کل
1-4 معرفی انبرکهای نوری
تصور کنید بتوانید تک سلولی را بدون برخورد فیزیکی بردارید. مثل یک داستان علمی تخیلی بنظر میآید. با به کار بردن ویژگیهای بخصوص پرتوی لیزر، انبرک نوری میتواند به راحتی این کار را انجام دهد. انبرکهای نوری (OT)، پرتوهای نوری متمرکز شدهای هستند که قادر به گیر انداختن و دستکاری ذرات ریز بوسیله مزیتهای اثر فشار تابشی میباشد (از اندازه میکرون تا اندازه نانومتر). انبرکهای نوری از پرتوی لیزر یا پرتوها استفاده میکنند تا فشارهای پیکونیوتن خیلی قوی تولیدکنند که بتوانند اجسام میکروسکوپی را دست کاری کند. این توانایی در مطالعاتی مانند سلولهای بیولوژیکی، موتورهای مولکولی، میکرو ماشین، میکروفلوئید، فیزیک کلوئیدی و ویژگیهای پرتوهای لیزر مورد استفاده قرار میگیرد. انبرکها برای اولین بار توسط محققان آزمایشگاه بل در سال 1986 توسط آرتور اشکین ارائه شدند. موضوعات اولیه را میتوان به وسیلهٔ قوانین نیوتون توضیح داد. زیرا نور با خود نیروی حرکت حمل میکند و تغییر مسیر نور به معنای این است که نیرویی باید با آن تغییر همراه شود. انبرکهای نوری در واقع باریکه لیزر کانونی شده توسط عدسی شیئی با گشودگی عددی (Numerical Aperture) بالا میباشند. وقتی ذرات در نزدیکی کانون لیزر قرار میگیرند نیرویی از طرف باریکهٔ لیزر بر آنها وارد میشود. این نیرو در حالت کلی به دو مؤلفه تقسیم میشود. نیروی پراکندگی در جهت انتشار باریکه لیزر و نیروی گرادیانی که در راستای گرادیان شدت باریکه لیزر است. نیروی گرادیانی به عنوان عامل اصلی بوجود آمدن تله نوری، تعیین کننده بهرهٔ تله است. در واقع این نیرو یک نیروی باز گردانندهای است که ذرهٔ با ضریب شکست بیشتر را از محیط پیرامونش به سمت نقاط با بیشینهٔ شدت (مرکز کانون) میکشد. همانطور که از اسم این نیرو (نیروی گرادیانی) پیداست این نیرو ناشی از گرادیان شدت در کانون عدسی شیئی است و مسلمأ هر چه میزان گرادیان شدت بیشتر شود نیروی باز گرداننده تله و به عبارتی بهره تله افزایش خواهد یافت. در انبرک نوری عمومأ از باریکههای لیزر با مد عرضی TEM استفاده میشود اندازه لکهٔ باریکه (قسمتی از سطح مقطع عرضی باریکه که در انجا شدت به برابر مقدارش در مرکز میرسد) نوعأ میتواند پارامترکنترلی خوبی برای اندازهٔ لکهٔ کانونی شده باشد هرچه ابعاد لکهٔ کانونی کوچکتر باشد توزیع شدت در کانون تیزتر و نیروی گرادیانی بیشتر خواهد بود. اما مسئلهٔ مهمی که در اینجا مطرح میشود این است که جهت استفاده از حدکثر گشودگی عددی عدسی شیئی میبایست باریکه لیزر دهانه پشتی عدسی شیئی را کاملأ بپوشاند. از طرفی ضمن رعایت این اصل، میبایست مراقب اثرات مخرب پراش ناشی از بریده شدن باریکهٔ لیزر باشیم.
امروزه سیستم انبرکهای نوری ابزار تحقیقی مهم در بیوفیزیک به شمار میآیند. برای مثال آزمایشات DNA تک مولکولی یا برخی بررسیهای سلولی به استفاده از انبرکهای نوری نیازمند هستند. شتاب دهی ذرات ایجاد شده با فشار تابشی ابتدا توسط اشکین[3] کشف شد. او با استفاده از دو پرتو لیزری رودرو منتشره، گیراندازی کرههای میکروسکوپی را انجام داد. در سال 1986 تله اندازی نوری با یک پرتو لیزر که به شدت متمرکز شده بود، انجام گرفت. این تله گذاری با جابجایی تکانه بین پرتو نور و ذره به دام افتاده بوسیله یک فرآیند پراکندگی بدست آمد. این نیروی استخراج شده در ذره (یا طوقه) با نور میتواند به مؤلفه پراکندگی (که ذره را در جهت انتشار پرتو هل میدهد) و نیروی گرادیان (که ذره را به طرف ناحیه شدت بالا جذب میکند) تجزیه شود.
برای ایجاد یک تله ثابت محکم، نیروی گرادیان محوری باید با نیروی پراکندگی هماهنگ شود. به این مورد میتوان با کانونی کردن پرتو نور با استفاده از عدسی با روزنه عددی بالا دسترسی پیدا کرد.
علاوه بر توانایی دستکاری ذرات کوچک، انبرکهای نوری همچنین میتوانند یک تکنیک مفید را برای اندازه گیری نیروها در دنیای میکروسکوپی تشکیل بدهند. وقتی یک نیروی خارجی به یک ذره گیر افتاده اعمال شود ذره به سوی مکان تعادلی جدیدی حرکت میکند که در آن مکان نیروی نوری، نیروی خارجی را خنثی میکند. از آن جایی که پتانسیل تله هارمونیک در نظر گرفته میشود آن میتواند در یک فرآیندی تنظیم شود که بدست آوردن ثابت سفتی (stiffness) را شامل شود. اخیراً چندین شیوه تجربی برای اندازه گیری نیروی استخراج شده با پرتو نوری توسعه و پیشرفت پیدا کرده است.
نیروهای شامل شده در آزمایشات تله گذاری نوری را میتوان با استفاده از تئوری تعمیم یافته لورنتز –می (GLMT) پیش بینی کرد. این تئوری در کل یک شیوه قاطع و پیچیده میباشد که میتوان نتایج صحیح را از آن کسب کرد. به هر حال وقتی اندازه ذره کوچکتر از طول موج پرتو نوری باشد میتوان از تقریب سازی معروف رایلی استفاده کرد. شیوه ریلی سادهتر از شیوه GLMT میباشد و نتایج کافی و مناسب برای اهداف بیشتر در درون محدوده قابلیت کاربرد تهیه میکند. ولی مدل پرتو نوری توصیف ساده و مستقیم را از تله گذاری نوری برای ذراتی ارائه میدهد که اندازه قطر آنها بزرگتر از طول موج لیزر بکار برده شده میباشد.
انبرکهای نوری در حال حاضر یک بخش چند رشتهای و جذاب برای مطالعه در محدوه وسیع از رشتهها ارئه میدهد. برای مثال تشکیل یک گروه OT شامل مهندسی نور (طراحی سیستم نوری، میکروسکوپی) فیزیکها (تئوری الکترومغناطیس، مکانیکهای سیال)، فتونیک ها (تکنولوژی لیزر) مهندسی برق (پردازشگر سیگنال، کنترل سخت افزار) و … میباشد.
انبرکهای نوری میتوانند با طیف بینی رامان، طیف بینی دو فوتونی و میکروسکوپی کانفوکال ترکیب شوند. با ترکیب انبرکهای نوری با پرتوهای لیزر، محققان میتوانند میکرو جراحیهایی روی ذرات انجام دهند. برای نمونه آنها میتوانند کروموزومها را جذب کنند و سپس آنها را به ذرات کوچکتر تقسیم کنند تا با استفاده از تله گذاری IR و لیزر برندهٔ سبز که به قیچی نوری معروف است، برای آنالیز بیشتر استفاده شوند. این موضوع به این دلیل امکان پذیر است که بیشتر موضوعات بیولوژیکی به جای روش نور IR استفاده در طول موج سبز جذب میشود.
اگر چه انبرکهای نوری منفرد در یک موقعیت ثابت شده کاربردهای بسیاری را دارند اما اغلب تمایل به داشتن یک تلهای که بتواند در نمونههای چنبری جابه جا شود وجود دارد. در شکل 1-3 (آ) ساختار پایهای انبرکهای نوری نشان داده شده است. یک باریکه لیزر مستقیم به واسطه یک عدسی با طول کانون کوتاه متمرکز میشود که معمولاً یک شیء میکروسکوپی است و در درون یک چنبر نمونه محتوی یک سیال با ذرات پراکنده کننده است. برای حرکت نقطه کانون و بنابراین تله اپتیکی به موقعیت مختلف در صفحه عمود به محور باریکه لیزر فرودی لازم است تا یک زاویه نسبت به محور باریکه به صورت نشان داده شده در شکل 1-3(ب) داشته باشد. یک باریکه همگرا یا واگرا در سوی دیگر، صفحه کانون را در امتداد محور باریکه بالا خواهد برد 1-3(ج).
مهم است که باریکه به روزنه عقبی عدسی میکروسکوپی همیشه با قطر یکسان و در موقعیت مرکز شده یکسان برای نگه داشتن عملکرد تله نوری ضربه بزد و خصوصیاتش تغییر نکند. یک امکان، استفاده از تلسکوپ کانونی دو عدسی برای ایجاد یک صفحه در هم آمیخته اپتیکی از روزنه پشتی عدسی شیء میکروسکوپی میباشد (شکل 1-3 د). هر زاویه نشان داده شده در این صفحه، به عنوان مثال به وسیله یک آینه نگه داشته شده به وسیله یک قاب حلقوی، یک زاویه متناظر در روزنه پشتی عدسی شیء میکروسکوپی بدون یک جابه جایی در موقعیت نتیجه خواهد داد. به طور مشابه هر واگرایی ایجاد شده با یک قطر باریکه ثابت در این صفحه، با یک قطر باریکه ثابت در روزنه پشتی عدسی شیء میکروسکوپی باز تولید خواهد شد.
اگر آینههای اسکن کننده کنترل شده با کامپیوتر استفاده شود کنترل موقعیت میتواند به صورت خودکار درآید [5]. یک سازوکار مشابه، تیغههای صوتی اپتیکی در صفحه درهم آمیخته استفاده میکند (AODs). اما AODs ها میتوانند یک زاویه به وسیله استفاده کردن یک شبکه براگ دینامیکی درون یک ماده پیزوالکتریک معرفی کنند و این تابع، تنظیم شدن آهنگ خیلی بالای زاویههای انحراف مختلف را اجازه میدهد. یک کاربرد قدرتمند، انبرکهای نوری زمان اشتراک میباشد که باریکه لیزر به یک مکان جهت گیری میشوند. (نگه داشته شده در آن جا برای یک زمان کوتاه و سپس جهت گیری شده به موقعیت بعدی) اگر این پی در پی انجام شود و توقفگاه در هر موقعیت به اندازه کافی برای عقب راندن یک ذره به موقعیت مرکز به اندازه کافی بلند باشد و همچنین غیبت باریکه لیزر به اندازه کافی به منظور فرار ذرات به دلیل حرکت براونی به اندازه کافی کوتاه باشد، ذرات میتوانند به صورت شبه هم زمان به تله بیفتند [5].
یک روش مبتکرانه به آزاد کردن کنترل زاویه باریکه و واگرایی باریکه در یک صفحه خاص بدون دستکاری مکانیکی، پراش در هولوگرامهای تولید شده کامپیوتری میباشد که به المانهای اپتیکی پراش نیز مشهور هستند (DOE)، هولوگرام میتواند به صورت استاتیکی در موارد اپتیکی حک شود [12] برای مثال روشهای لیتوگرافیک.
Abstract:
Optical tweezers are optical traps in which, the trapping and manipulation of particles having the dimension of micrometer to nanometer are done. To provide this purpose, the forces in the range of 10 to 100 pico Newton are required. In this method, the physics of optical forces created by light scattering from the surface of the particles is also analyzed. A highly focused laser beam is used to trap particles. In fact, trapping is performed in the direction of optical axis and the particle is limited to the focal point of the beam (optical tweezers are laser beam which is focused by an objective lens microscope with high numerical aperture). Particles such as atoms, molecules, biological cells, small dielectric spheres and metallic particles can be trapped and manipulated by optical tweezers. Micron-size particles are accelerated by a continuous wave laser with a wavelength out of the absorption region of the particle. These particlesare trapped in a stable potential well due to radiation pressure. Because of the various applications of optical tweezers in medicine, physics, chemistry and so on, in this thesis, trapping particles with the approximately by 3 diameter micron using a single beam optical tweezers is studied. Also in order to optimize trapping, the effective factors for increasing stability are qualitatively analyzed. Based on the experimental and theoretical results, the higher the stability of the components used in devices, the more stable trapping is achieved.
[1] Rayleigh
[2] Mie
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.