BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN HUY ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ CHIẾT SUẤT LÊN PHÂN BỐ LỰC TRONG KÌM QUANG HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ VINH , NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN HUY ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ CHIẾT SUẤT LÊN PHÂN BỐ LỰC TRONG KÌM QUANG HỌC Chuyên ngành: Quang học Mã số : 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Cán hướng dẫn khoa học : TS CHU VĂN LANH VINH, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Khoa Vật Lí – Công nghệ, Phòng đào tạo sau đại học trường Đại học Vinh, Khoa liên kết trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An, thầy cô giáo tận tình giảng dạy; tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến đến thầy giáo TS Chu Văn Lanh trực tiếp tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, đồng nghiệp trường THPT Lê Duẩn, gia đình, bạn bè bạn học viên cao học chuyên ngành Vật Lí - Quang học khóa 21 động viên, góp ý, giúp đỡ để luận văn hoàn thành Trong trình học tập nghiên cứu, thân cố gắng, song luận văn tránh khỏi thiếu sót, kính mong quý thầy cô bạn quan tâm góp ý để luận văn hoàn thiện Vinh, ngày 20 tháng năm 2015 Tác giả Nguyễn Văn Huy MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Kìm quang học 1.2 Mô tả chung kìm quang học 1.3 Các thành phần kìm quang học 1.4 Kìm quang học sử dụng mode laser 1.5 Kìm quang học kết hợp 1.6 Kìm quang học sở sợi quang 1.7 Kìm quang học sử dụng hai chùm tia ngược chiều 1.8 Kết luận chương 10 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ CHIẾT SUẤT LÊN PHÂN BỐ LỰC TRONG KÌM QUANG HỌC 11 2.1 Cấu hình bẫy quang học sử dụng ba cặp xung Gauss ngược chiều 11 2.2 Phân bố cường độ không gian ba cặp xung Gauss ngược chiều 12 2.2.1 Cặp xung Gaussian truyền dọc theo trục z 12 2.2.2 Cặp xung Gaussian truyền dọc theo trục y 14 2.2.3 Cặp xung Gaussian truyền dọc theo trục x 15 2.3 Ảnh hưởng khoảng cách hai mặt thắt chùm tia d đến phân bố cường độ tổng 17 2.4 Ảnh hưởng bán kính mặt thắt chùm tia w0 đến phân bố cường độ tổng 19 2.5 Ảnh hưởng lượng xung bơm U đến phân bố cường độ tổng 20 2.6 Quang lực cặp xung Gaussian ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi 22 2.6.1 Cặp xung Gaussian truyền dọc theo trục z 22 2.6.2 Cặp xung Gauss truyền dọc theo trục y 26 2.6.3 Cặp xung Gauss truyền dọc theo trục x 26 2.7 Quang lực tổng hợp ba cặp xung Gaussian 27 2.8 Phân bố quang lực ba cặp xung Gauss ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi 30 2.9 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào khoảng cách hai mặt thắt chùm tia d 32 2.10 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào bán kính mặt thắt chùm tia w0 34 2.11 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào lượng xung bơm U 36 2.12 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào bán kính a hạt điện môi 38 2.13 Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên quang lực vùng bẫy 40 2.14 Kết luận chương 44 KẾT KUẬN CHUNG 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Kìm quang học ( Bẫy quang học ) sử dụng rộng rãi vật lí sinh học, thiết bị giam giữ đối tượng nghiên cứu có kích thước từ vài chục nanomet đến vài chục micromet: hạt điện môi, nguyên tử sau bị làm lạnh laser, tế bào sống, Nguyên lý hoạt động kìm quang học dựa tác động quang lực lên hạt có kích thước cỡ nanomet Mục tiêu bẫy quang học ổn định đối tượng nghiên cứu Chất lượng bẫy cao độ ổn định cao Quá trình ổn định phụ thuộc nhiều điều kiện khác như: cấu hình bẫy, độ lớn quang lực, độ lớn lực Brown, độ lớn kích thước hạt, chiết suất hạt, nhiệt độ môi trường, độ nhớt, tác động lực hấp dẫn ,… Nhiều công trình giới công bố kết nghiên cứu kìm quang học, đặc biệt kết sử dụng kìm quang học nghiên cứu đối tượng sinh, hoá học Sử dụng kìm quang nghiên cứu bạch cầu hồng cầu tế bào sống, nghiên cứu hạt vàng nano, đo kích thước hạt kích thước micromet Ở nước, kìm quang học nghiên cứu lí thuyết thực nghiệm việc ảnh hưởng đến trình ổn định bẫy Trong trình sử dụng kìm quang học để nghiên cứu đối tượng y học, sinh học, phân tử đại phân tử nhạy với hiệu ứng Kerr chúng nhúng môi trường nhạy với hiệu ứng Kerr Khi đó, ta tránh khỏi tượng không ổn định hạt bẫy, thậm chí bẫy chúng hiệu ứng Kerr, tức hiệu ứng làm thay đổi chiết suất vi hạt môi trường dẫn đến thay đổi tỉ số chiết suất Tôi nhận thấy vấn đề tác động tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học chưa quan tâm nhiều, bỏ ngỏ Xuất phát từ điều chọn đề tài nghiên cứu: “Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học” Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu quang lực tác động lên vi hạt; - Nghiên cứu phân bố quang lực dọc quang lực ngang; - Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu đề tài Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết phương pháp số sở sử dụng phần mềm mô Pascal, Maple,… Ý nghĩa lý luận thực tiễn luận văn - Kết luận văn hoàn thiện trình nghiên cứu kìm quang học - Làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học cho người quan tâm Chương TỔNG QUAN VỀ KÌM QUANG HỌC 1.1 Kìm quang học Một chùm tia laser hội tụ hệ quang có độ số lớn bẫy hạt điện môi (vi cầu) gần tiêu điểm Một thiết bị vậy gọi kìm quang học Kìm quang học sử dụng rộng rãi vật lý sinh học Kìm quang học sử dụng để giữ nghiên cứu vi cầu phân tử vĩ mô DNA RNA, thậm chí áp dụng cho tế bào sống [1] 1.2 Mô tả chung kìm quang học Kìm quang học kéo hạt điện môi có kích thước cỡ na nô micrô lực cực nhỏ sinh chùm tia laser hội tụ mạnh Chùm tia laser thông thường hội tụ cách chiếu vào hệ quang học Hình 1.1 mô tả hoạt động kìm quang học [3] Chùm laser Thấu kính Tâm bẫy Mặt thắt kbẫy F=x.kbẫy x Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo hoạt động kìm sử dụng chùm tia Điểm hẹp chùm tia hội tụ gọi mặt thắt Tại gradient điện trường lớn Điều làm cho hạt điện môi bị hút theo gradient vào vùng có điện trường lớn Vùng điện trường lớn tâm chùm tia Chùm laser có xu trao cho hạt điện môi lực dọc theo chiều truyền lan Điều dễ hiểu bạn tưởng tượng ánh sáng tập hợp hạt siêu nhỏ Mỗi hạt lại va chạm với hạt điện môi siêu nhỏ quang trình Lực va chạm gọi lực tán xạ Lực tán xạ đẩy hạt điện môi xa mặt thắt khoảng nhỏ ta thấy hình 1.1 Kìm quang học thiết bị nhạy giữ ghi nhận độ chuyển vị nhỏ hạt siêu nhỏ Vì lý mà kìm quang học thường sử dụng để giữ nghiên cứu đơn phân tử cách cho tương tác với hạt có xu liên kết với phân tử DNA, protein hay enzym dễ tương tác với ánh sáng laser Đối với thiết bị khoa học có chất lượng cao kìm quang học phải hoạt động cho hạt điện môi chuyển động xa tâm bẫy Nguyên nhân đòi hỏi lực tác động lên hạt tỉ lệ thuận với độ chuyển vị tính từ tâm bẫy độ chuyển vị nhỏ Xét phương diện kìm quang học so sánh với lò xo đơn giản hoạt động theo định luật Hooke Lý thuyết giải thích cách chi tiết đắn tính chất bẫy phụ thuộc vào mức độ so sánh kích thước hạt bước sóng laser sử dụng Trong trường hợp kích thước hạt lớn bước sóng laser, sử dụng chế độ quang hình để giải thích hiệu Trong trường hợp khác, kích thước hạt nhỏ bước sóng hạt phải xem lưỡng cực điện nằm điện trường sử dụng chế độ Rayleigh hiệu 1.3 Các thành phần kìm quang học Muốn kìm quang học hoạt động cách bản, chi tiết sau cần phải trạng bị lắp đặt (Hình 1.2) [4] Hình 1.2 Sơ đồ chi tiết kìm quang học - Laser : Thông thường sử dụng laser Nd :YAG với bước sóng cỡ 1000 nm Đây bước sóng suốt mẫu sinh học Nhờ mà mẫu sinh học không hấp thụ hấp thụ yếu nên chúng không bị phá hỏng laser Cũng sử dụng số laser khác laser bán dẫn công suất cao có bước sóng vùng lân cận 1000 nm - Hệ mở rộng chùm tia: Hệ quang học có khả mở rộng chùm tia có tác dụng giảm góc phân kỳ tăng vết chùm tia trước hội tụ Cùng với hệ mở rộng chùm tia số hệ quang học khác kính hiển vi, góp có mục đích lái tia laser (vết laser) vào vị trí mẫu - Điều quan trọng cần lưu ý trình thiết kế kìm quang học tìm kính vật Một kìm quang học làm việc ổn định cần có lực gradient Lực phải lớn lực tán xạ Lực gradient phụ thuộc nhiều vào độ số NA 33 Hình 2.9 Phân bố quang lực tổng Ftotal mặt phẳng toạ độ xOy Cột a d  ; Cột b d  5m ; Cột c d  10 m ; Cột d d  15m Từ kết mô hình 2.9 cho thấy, độ lớn quang lực tổng hợp ba cặp chùm xung laser Gauss ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi hình cầu chế độ Rayleigh phụ thuộc vào khoảng cách hai mặt thắt chùm tia max max  3,65.10 13 N Khi d  15m Ftotal  3,6.10 13 N , điều d Khi d  5m Ftotal có nghĩa tăng khoảng cách hai mặt thắt chùm tia độ lớn quang lực tổng hợp giảm xuống không đáng kể Tuy nhiên, bán kính vùng ổn định lại tăng theo chiều tăng d Khi tăng khoảng cách hai mặt thặt chùm tia từ d   15m bán kính vùng ổn định bẫy tăng từ r  2,3  3,0m 34 Như vậy, độ lớn quang lực cực đại thay đổi bé thay đổi khoảng cách hai mặt thắt chùm tia Điều nói lên tính chất đối xứng bẫy quang học sử dụng ba cặp chùm Gauss ngược chiều Vùng ổn định bé độ ổn định bẫy cao, ưu điểm mà bẫy chiều bẫy hai chiều 2.10 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào bán kính mặt thắt chùm tia w0 Với việc lựa chọn tham số:   ps, d  5m, t  , U  0,1J phân bố quang lực tổng hợp mặt phẳng x  3.10 6  3.10 6 m, y  3.10 6  3.10 6 m với giá trị khác w0 minh hoạ hình 2.10 Kết mô cho thấy quang lực tổng hợp phụ thuộc rõ nét vào bán kính mặt thắt chùm tia Khi tăng bán kính mặt thắt chùm tia độ lớn quang lực tổng hợp giảm cách rõ rệt, đồng thời bán kính vùng ổn định lại tăng lên cách đáng kể Điều thể đồ thị hình 2.11 2.12 tương ứng Đồ thị hình 2.11 cho thấy, bán kính mặt thắt tăng từ w0  1,5  3,0m max max  12.10 12 N xuống Ftotal  1,7.10 12 N quang lực cực đại giảm nhanh từ Ftotal Trong khoảng w0  3,0  6,0m max Ftotal  1,7.10 12  0,21.10 12 N quang lực cực đại giảm dần từ 35 Hình 2.10 Phân bố quang lực tổng Ftotal mặt phẳng toạ độ xOy Cột a w0  2,5m ; Cột b w0  3,5m ; Cột c w0  4,5m ; Cột d w0  5,5m max Hình 2.11 Sự phụ thuộc Ftotal vào bán kính mặt thắt chùm tia w0 36 Hình 2.12 Sự phụ thuộc bán kính vùng ổn định bẫy vào w0 Đồ thị hình 2.12 cho thấy bán kính vùng ổn định bẫy tăng dần tăng bán kính mặt thắt chùm tia Như vậy, bán kính mặt thắt chùm tia tham số quan trọng chùm tia Việc chọn bán kính mặt thắt chùm tia cách phù hợp nâng cao chất lượng bẫy 2.11 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào lượng xung bơm U Với việc lựa chọn tham số:   ps, w0  5m, t  , d  5m phân bố quang lực tổng hợp mặt phẳng x  3.10 6  3.10 6 m, y  3.10 6  3.10 6 m với giá trị khác lượng xung bơm U tính toán minh hoạ hình 2.13 [5] 37 Hình 2.l3 Phân bố quang lực tổng Ftotal mặt phẳng toạ độ xOy Cột a U  0,1J ; Cột b U  0,25J ; Cột c U  0,5J ; Cột d U  0,75J Kết mô cho thấy, độ lớn quang lực tổng hợp tăng tăng lượng xung bơm Tuy nhiên, bán kính vùng ổn định tăng nhỏ, tăng lượng xung bơm từ U  0,1  0,25J bán kính vùng ổn định bẫy tăng từ r  2,5  2,3m Sau ta tiếp tục tăng lượng xung bơm bán kính vùng ổn định không thay đổi có độ lớn r  2,1m 38 max Ftotal [ 102.5 12N] 1.5 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 U[ J ] max Hình 2.14 Sự phụ thuộc Ftotal vào lượng xung bơm U Cùng với tham số trên, khảo sát ảnh hưởng lượng xung bơm lên giá trị quang lực cực đại Kết mô trình bày max hình 2.14 Qua đồ thị hình 2.14 ta kết luận rằng, quan hệ Ftotal U max  f U  đường quan hệ bậc nhất, hay nói cách khác đồ thị hàm số Ftotal thẳng hàm số đồng biến 2.12 Sự phụ thuộc quang lực tổng hợp vào bán kính a hạt điện môi Với việc lựa chọn tham số:   ps, w0  5m, t  , d  5m phân bố quang lực tổng hợp mặt phẳng x  3.10 6  3.10 6 m, y  3.10 6  3.10 6 m với giá trị khác bán kính hạt a minh hoạ hình 2.15 Qua kết mô cho thấy, tăng bán kính hạt độ lớn quang lực tổng hợp tăng, bán kính vùng ổn định bẫy không thay đổi có giá trị r  2,5m 39 Hình 2.15 Phân bố quang lực tổng Ftotal mặt phẳng toạ độ xOy Cột a a  5nm ; Cột b a  5,5nm ; Cột c a  6,0nm ; Cột d a  6,5nm Với tham số trên, khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt lên giá trị cực đại quang lực tổng hợp Kết trình bày hình 2.16 40 max Hình 2.16 Sự phụ thuộc Ftotal vào bán kính hạt a Từ đồ thị cho thấy, tăng bán kính hạt quang lực cực đại tăng lên đáng kể, điều có nghĩa thể tích hạt tăng lên quang lực tác dụng lên lớn 2.13 Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên quang lực vùng bẫy Để khảo sát ảnh hưởng tham số vào quang lực vùng ổn định, ta xét phân bố quang lực dọc trục truyền lan, tức xét   phân bố quang lực ngang đường kính thắt chùm, tức xét z=0 Ngoài gradient cường độ, yếu tố tạo nên trình bẫy vi hạt tỉ số chiết suất vi hạt môi trường [3]: 41 Hình 2.17 Phân bố quang lực dọc trục truyền lan với tỉ số chiết suất khác nhau( lượng U = 2mJ, W0=1  m) 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 xảy chiết suất vi hạt lớn chiết suất môi trường, tức m = nh / nm >1 Trong trình nghiên cứu thực nghiệm, đặc biệt sinh học, không xác định chiết suất vi hạt môi trường chất lưu Do đó, tỉ số chiết suất khác vi hạt khác nhúng môi trường chất lưu khác Hiện tượng gây nghi ngờ cho nhà thực nghiệm bẫy vi hạt chùm Gaussian Với lý đó, số trường hợp, sử dụng chùm tia Gaussian để thiết kế kìm không hiệu Để hiểu điều này, ta khảo sát phụ thuộc quang lực phân bố 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 quang lực ngang với giá trị khác tỉ số chiết suất trình bày tương ứng hình 2.17 hình 2.18 Kết cho thấy, tỉ số chiết suất âm, m  1, (chiết suất vi hạt nhỏ chiết suất môi trường) lực có hướng chiều với hướng chuyển động vi hạt (Hình 2.17a,b hình 2.18b), tức là, kìm 42 không hoạt động Trong trường hợp này, chùm laser Gaussian cần thay chùm laser Hollow-Gaussian Hình 2.18 Phân bố quang lực ngang đường kính thắt chùm với tỉ số 43 chiết suất khác ( lượng U = 2mJ, W0=1  m) a) m = 0,8, b) m = 0,99 , c) m = 1,2, d) m = 1,4 Khi m  1, (chiết suất vi hạt lớn chiết suất môi trường), hướng lực ngược chiều chuyển động vi hạt, tức kìm hoạt động (Hình 17c,d hình 18c,d) Hơn nữa, tỉ số chiết suất tăng giá trị cực đại quang lực dọc (Hình 2.19) quang lực ngang (Hình 2.20) tăng Tuy nhiên, từ hình 2.19 hình 2.20, thấy thay đổi tỉ số chiết suất không ảnh hưởng đến độ lớn vùng ổn định Hình 2.19 Sự phụ thuộc quang lực dọc cực đại vào tỉ số chiết suất 44 Hình 2.20 Sự phụ thuộc quang lực ngang cực đại vào tỉ số chiết suất 2.14 Kết luận chương Trong chương dẫn cách tường minh biểu thức tính quang lực tổng hợp ba cặp xung Gaussian ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi hình cầu chế độ Rayleigh Qua khảo sát ảnh hưởng tham số chùm tia khoảng cách hai mặt thắt chùm tia, bán kính mặt thắt chùm tia, lượng xung bơm bán kính hạt lên quang lực tổng hợp Kết khảo sát cho thấy, quang lực tổng hợp ba cặp xung Gaussian truyền lan ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi phụ thuộc vào tham số chùm tia Với việc chọn tham số chùm tia cách phù hợp bẫy quang học sử dụng ba cặp xung Gaussian ngược chiều tồn vùng ổn định hình cầu hạt thao tác bị giam hình cầu Quang lực tác dụng lên hạt đóng vai trò lực hướng tâm nên hạt có xu hướng bị hút vào tâm hình cầu Độ lớn vùng ổn định bẫy giống quang lực phụ thuộc vào tham số chùm tia khoảng cách hai mặt thắt chùm tia, bán kính mặt thắt chùm tia lượng xung bơm Tuy nhiên, độ ổn định bẫy phụ thuộc 45 vào tham số khác chiết suất khối lượng riêng hạt (hai tham số ảnh hưởng đến độ lớn quang lực) Hơn độ ổn định theo thời gian phụ thuộc vào môi trường xung quanh mẫu dung môi, độ lớn chân không (hai tham số ảnh hưởng đến lực gây chuyển động Brown) Mặt khác, ta khảo sát phân bố quang lực ba cặp xung Gaussian ngược chiều với tham số cặp hoàn toàn giống mà chưa xét đến thay đổi khác tham số cặp chùm tia 46 KẾT KUẬN CHUNG  Đã tìm hiểu mô hình bẫy quang học sử dụng ba cặp xung Gauss ngược chiều Từ nghiên cứu phân bố cường độ không gian ba cặp xung Gauss ngược chiều Mô ảnh hưởng thông số đặc trưng lên phân bố cường độ tổng, ảnh hưởng lượng xung bơm U đến phân bố cường độ tổng  Với mẫu kìm quang học khảo sát, quang lực dọc đối xứng qua thắt chùm, tức ảnh hưởng lực tán xạ không đáng kể; giá trị cực đại tỉ lệ thuận với tỉ số chiết suất Độ lớn vùng bẫy trục truyền lan, tức khoảng cách hai cực đại quang lực dọc gần không phụ thuộc vào tỉ số chiết suất  Quang lực ngang luôn đối xứng qua trục truyền lan; Giá trị cực đại tỉ lệ thuận với tỉ số chiết suất; Độ lớn vùng bẫy, tức khoảng cách hai cực đại quang lực ngang gần không phụ thuộc vào tỉ số chiết suất  Độ lớn vùng bẫy không phụ thuộc vào số chiết suất Khi tỉ số chiết suất tăng giá trị cực đại biên vùng ổn định lớn, đó, hiệu hoạt động kìm tăng lên kìm không bị phá vỡ Tuy nhiên, trường hợp tỉ số chiết suất nhỏ 1, tức m  , kìm bị phá vỡ, đó, sử dụng chùm tia laser Gaussian Hiện tượng dễ xẩy vi hạt môi trường nhạy với hiệu ứng Kerr 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Sỹ Châu, Ảnh hưởng kích thước hạt điện môi lên độ ổn định bẫy quang học, Luận văn Thạc sỹ, Thư viện Đại học Vinh, 2009 [2] Hồ Quang Quý, Laser rắn công nghệ 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 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 [...]... 11 Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ CHIẾT SUẤT LÊN PHÂN BỐ LỰC TRONG KÌM QUANG HỌC Trong chương này ta sẽ khảo sát phân bố cường độ laser và quang lực tác động lên hạt điện môi trong kìm quang học sử dụng ba cặp chùm tia ngược chiều và khảo sát ảnh hưởng của tỉ số chiết suất lên quang lực và vùng ổn định của vi hạt 2.1 Cấu hình bẫy quang học sử dụng ba cặp xung Gauss ngược chiều Mẫu bẫy quang học tạo bởi... bằng lực tán xạ Chú ý rằng, sự cân bằng lực tán xạ luôn luôn xảy ra đối với laser liên tục Trong trường hợp sử dụng hai chùm laser phát xung cần lưu ý đến pha của chúng Điều này sẽ được nghiên cứu trong chương sau 1.8 Kết luận chương 1 Trong chương này tôi đã giới thiệu tổng quan về kìm quang học, mô tả chung về kìm quang học, chỉ ra các thành phần chính của một kìm quang học, giới thiệu về kìm quang học. .. 1.5) Nhờ các thiết bị chia quang cùng có thể mở rộng chùm tia cho kìm quang học một chiều Đặc biệt các linh kiện tán sắc có thể chia một chùm tia đơn cho hàng trăm kìm trong cấu trúc ba chiều 1.6 Kìm quang học trên cơ sở sợi quang Kìm quang học sợi cùng có nguyên lý hoạt động như kìm quang học mà ta đã nghiên cứu, nhưng nguồn laser phải truyền qua sợi quang Nếu một đầu của sợi quang được vuốt nhỏ như... nhận thấy rằng, quang lực tổng hợp của ba cặp xung Gauss ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi hình cầu trong chế độ Rayleigh phụ thuộc vào các tham số của chùm tia như khoảng cách giữa hai mặt thắt chùm tia, bán kính chùm tia, năng lượng của xung bơm, Ngoài ra nó cùng phụ thuộc vào bản chất của hạt như chiết suất hạt, bán kính hạt Để khảo sát phân bố quang lực tổng hợp, giả sử bẫy quang học được cấu... nhận thấy rằng, sự phân bố quang lực tổng hợp trên các mặt phẳng tọa độ cùng như trên các trục tọa độ là hoàn toàn có tính chất đối xứng Quang lực tổng hợp trên các trục tọa độ được chia làm hai thành phần có hướng đối diện với nhau và quang lực đóng vai trò là lực hướng tâm Vì vậy, vùng ổn định của bẫy là một hình cầu, trong đó quang lực tác dụng lên hạt được phân bố trên bề mặt của hình cầu và có... đầu của sợi quang 9 Hạt sẽ cân bằng tại điểm Z khi hai lực tán xạ cân bằng nhau Bộ liên kết 3dB (a) (b) Hình 1.6 Mô tả kìm sợi quang (a) Kìm hội tụ (b) Kìm tán xạ 1.7 Kìm quang học sử dụng hai chùm tia ngược chiều Như đã phân tích ở các mục trước, kìm sử dụng một chiều không thể triệt tiêu được lực tán xạ Do đó, hạt không ổn định tại mặt thắt của chùm tia Hơn nữa, khi công suất laser thấp, thì trong. .. 0,75J lên từng lượng 0,25J thì cường độ tổng tăng lên một cách đều đặn Ảnh hưởng của năng lượng xung bơm U lên giá trị cường độ tổng cực đại được biểu diễn như trên hình 2.7 22 Hình 2.7 Phân bố cường độ cực đại theo năng lượng xung bơm U 2.6 Quang lực của từng cặp xung Gaussian ngược chiều tác dụng lên hạt điện môi Như đã phân tích và trình bày ở chương trước, để xây dựng biểu thức tính quang lực của. ..     Quang lực tổng hợp của ba cặp xung Gauss tác dụng lên hạt điện môi hình cầu trong chế độ Rayleigh được xác định bởi biểu thức sau: 30     Ftotal  FX  FY  FZ (2.40) Độ lớn của quang lực tổng hợp: Ftotal  FX2  FY2  FZ2   (2.41)  trong đó: FX , FY , FZ được xác định từ các biểu thức (2.35), (2.37) và (2.38) 2.8 Phân bố quang lực của ba cặp xung Gauss ngược chiều tác dụng lên hạt điện... mili mét 1.5 Kìm quang học kết hợp Thông thường kìm quang học sử dụng một laser Kìm quang học có thể hoạt động phức tạp hơn: - Có thể chia một chùm tia theo thời gian cho nhiều kìm khác nhau; - Hoặc sử dụng bản chia quang để chia chùm tia cho nhiều kìm khác nhau 8 Hình 1.5 Một kiểu kìm kết hợp Nhờ thiết bị quang âm hoặc gương lái tia galvanomet có thể chia một chùm tia đơn cho hàng trăm kìm nằm trên... laser ở đầu ra sợi quang vẫn có gradient cường độ (Hình 1.6a) Trong trường hợp ngược lại, khi đầu ra của sợi quang không giống thấu kính, chùm laser ra sẽ bị phân kỳ Trong trường hợp này kìm hoạt động ổn định chỉ khi có sự cân bằng giữa lực gradient và lực tán xạ từ hai đầu sợi quang ngược chiều (Hình 1.6b) Lực gradient sẽ bẫy hạt theo phương nằm ngang, trong khi đó quang lực do lực tán xạ do hai chùm ... chọn đề tài nghiên cứu: Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu Ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học Nhiệm vụ nghiên cứu... cứu đề tài - Nghiên cứu quang lực tác động lên vi hạt; - Nghiên cứu phân bố quang lực dọc quang lực ngang; - Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số chiết suất lên phân bố lực kìm quang học Cơ sở lý luận phương... TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN HUY ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ CHIẾT SUẤT LÊN PHÂN BỐ LỰC TRONG KÌM QUANG HỌC Chuyên ngành: Quang học Mã số : 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Cán hướng dẫn khoa học : TS