خرید فالوور اینستاگرام خرید لایک اینستاگرام
خانه / فناوری نانو / پایان نامه “بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک های نوری….”

پایان نامه “بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک های نوری….”

بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک های نوری....

بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک های نوری….

فهرست عناوین

نیروهاي اضافی در انبرك هاي نوري:
نیروي گرادیان اساس عملکرد همه انبرك هاي نوري است و یک نیروي بازگرداننده اي ارائه می دهد که تابع
خطی از جابه جایی x است و در فاصله چند صد نانومتر دامنه دارد. معادله حرکت مربوط به رفتار یک شی
به دام افتاده با جرم m در یک محیط که یک میرایی گرانروي  ( در زیر ببینید ) می دهد، یک تعادل

بین نیروهاي لختی، گرانروي و الاستیک است:…………….

فصل اول پیشینه تحقیق و بررسی منابع… ۱
مقدمه:.. ۲
۱-۱ نظریات دستکاری میکروسکوپی نوری… ۳
۱-۲ نيروي اپتيكي:…. ۴
۱-۳ فشار اپتيكي:.. ۶
۱-۴ معرفي انبرک های نوری.. ۷
۱-۵ ديناميك انبرك هاي نوري:… ۱۰
۱-۶ تعدادي از كاربردهاي انبرك هاي نوري:… ۱۲
۱-۷ تله اندازي نوري…. ۱۲
۱-۸ نيرو ها در رژيم رايلي……………………. ۱۳
۱-۹ نيرو در حوزه Mie…………………………. 15
۱-۱۰ اثر پهناي باريكه:……………………….. ۱۸
۱-۱۱ حوزه مياني…………………………….. ۲۱
۱-۱۲ تله اندازي…

حوزه میانی

تله اندازي اپتیکی مانند یک مساله پراکندگی

۱۳-۱ تقریب پاراکسیال:.
۱۴-۱ نیروهاي اضافی در انبرك هاي نوري:

اندازه گیري نیرو:

اندازه گیري نیروهاي عرضی

مشخص کردن موقیعت ذره:

۱۸-۱ روش هاي کالیبره کردن:

۱۹-۱ کالیبره کردن اندازه گیري نیرو:

۲۰-۱ کالیبره کردن نیروي کشش ویسکوزیته:

۲۱-۱ کالیبره کردن حرکت براونی:

فصل دوم:مواد و روشهاي مورد استفاده تحقیق

مقدمه:
۱-۲ تله اندازي نوري:

۲-۲ مطالعه دینامیک انبرك نوري در برهمکنش رامان

۳-۲ برهمکنش با ماده:
۴-۲ بررسی اثرات ثابت توان لیزر بر ثابت سختی تله:

۵-۲ تصویر برداري و آشکار سازي نانوذرات

۶-۲ نیروهاي نوري بر روي نانوذرات

۷-۲ نیروها در تقریب دو قطبی

۸-۲ نیروهاي خارج از تقریب دو قطبی

۹-۲ نیروهاي همبستگی نوري:
۱۰-۲ دینامیک نانوذرات به دام افتاده
فصل سوم نتایج وپیشنهادات.
۱-۳توان و انرژي لیزري در جابه جایی ذرات :

نتیجه گیري :

پیشنهادات:…..
مراجع:

فهرست شکل­ها صفحه

شكل۱-۱: طول موج نور بر حسب قطر ذره كه حوزه آناليز را مشخص مي كند………………………………………… ۴

شكل۱-۲: وابستگي بين پرتو نور فرودي، شكست و بازتابش در مرز دو محيط……………………………………….. ۷

شكل۱-۳: اصول اوليه كنترل موقعيت در انبركهاي نوري.. ۱۱

شكل۱-۴:نيروي اپتيكي اعمالي بر ميكروكره قرار گرفته در نزديكي كانون عدسي شئ………………………………. ۱۴

شكل۱-۵: مسير پرتو نوري در ذره كروي……………. ۱۷

شكل۱-۶:مسير پرتو براي يك كره منعكس كننده بالا براي باريكه گائوسي ۱۷

شكل۱-۷: هندسه براي محاسبه كارايي تله اندازي محوري براي ميكروكره با در نظر گرفتن پهناي باريكه…………………. ۱۹

شكل ۱-۸: كارايي تله اندازي محوري ميكرو كره پلي استيرن قرار گرفته در آب بوسيله تقريب هاي پرتويي خط مستقيم (اپتيك پرتويي)و خط سهمي وار(پهناي باريكه) با پهناي باريكه ………….. ۲۰

شكل ۱-۹: كارايي تله اندازي عرضي ميكروكره پلي استيرن بوسيله تقريب هاي پرتويي دو همگرايي……………………….. ۲۱

شکل۱-۱۰: دورنماي پتانسيل اپتيكي براي ذره ذره كروي بدليل يك باريكه گائوسي متمركز شده منتشره در راستايZ +.روزنه هاي عددي متفاوت براي عدسي كانوني كننده در( الف-ج) در نظرگرفته شده است. در ستون سمت چپ توزيع شدت عرضي و طولي ميدان. ناحيه حدود طول موج. ستون وسطي نيروهاي موضعي اعمالي به ذره رانشان مي دهد(ماتريس پيكان). مقادير مطلق در مقادير پشت ماتريس پيكان كدگذاري شده است، نواحي كم نيرو(آبي)و نواحي پر نيرو(قرمز). در ستون راست، ميدان نيروي يكسان برروي توزيع شدت نشان داده مي شود، شيفت بين موقعيت نيرو و موقعيت تعادلي ذره را نشان مي دهد. همه محورها در واحد طول موج برچسب گذاري مي شوند.ذره فرض مي شود كه قطر يك طول موج و ضريب شكست دارد و و سيال احاطه كننده ضريب شكست دارد. ۲۵

۱-۱۱: اصول اوليه اندازه گيري نيروی ذره به دام افتاده، احتمال بالايي براي حضور در پتانسيل كمينه دارد.(الف)، كه يك نمودار هيستوگرام نتيجه مي شود(ب). براي ساختار و كاربرد هاي نوعي، چاه پتانسيل مي تواند بصورت هارمونيك تقريب زده شود(ج)ف كه يك رابطه خطي بين نيروي خارجي اعمالي به ذره و جابجايي ذره نتيجه مي دهد(د) ۳۰

شکل۱-۱۲: مولفه نيروي (۳۲

شكل۱-۱۳: نيروي هاي محاسبه شده بر روي كره. باريكه گائوسي مي باشد. شكل چپ نيروي عرضي روي كره به عنوان تابعي جابجايي عرضي. شكل سمت راست نيروي محوري بر روي كره به عنوان تابعي از جابجايي محوري۳۵

شکل۲-۱:همانطوری که در این شکل دیده می شود احتمال به دام افتادن ذره در رزیم رامان بصورت حرکت نوسانی با زمان تغییر می کند. ۴۳

شکل۲-۲:برهمکنش نور با اتم ها…………………. ۴۴

شکل۲-۳همانطوری که در این شکل دیده می شود باریکه لیزری با ایجاد گرادیان نیرو می تواند باعث محبوس شدن و به تله انداختن ذرات شود.۴۷

شکل ۲-۴:در این شکل نیروی وارد بر ذرات بر حسب قدرت لیزری و به تله انداختن انها بر حسب قدرت خروجی لیزر رسم شده است .همانطوری که دیده می شود به تله انداختن ذرات با قدرت خروجی لیزر ارتباط مستقیم دارد………………………………………. ۴۸

شکل۳-۱:قطبش القا شده در سیستم بر حسب میدان اعمالی به سیستم ۵۹

شکل۳-۲:قطبش القا شده در سیستم بر حسب میدان اعمالی به سیستم ۶۰

شکل۳-۳:نیروی وارد شده به سیستم بر حسب تغییرات I…. ۶۱

شکل۳-۴ :تغییرات فرکانس سیستم بر حسب جابه جایی مولکولی نشان داده شده است …………………………………… ۶۲

شکل۳-۵ :همانطوری که در این شکل دیده می شود نیروی وارد شده بر ذره بصورت گوسی بوده و باعث به تله افتادن ذره در چاههای این نیرو می شود……………………………………….. ۶۳

شکل۳-۶:همانطوری که در این شکل دیده می شود میزان توان خروجی در یک لیزر با استفاده از دمش Wcp در ان بصورت غیر خطی کاهش می یابد.که این عمل برای حالت دمش Wp کاملا بر عکس هستش ……. ۶۵

شکل۳-۷:همانطوری که در این شکل دیده می شود میزان توان خروجی در یک لیزر با استفاده از دمش Wp در ان بصورت غیر خطی افزایش می یابد. ۶۶

شکل۳-۸:همانطوری که در اینجا دیده می شود نیروی وارد بر یک ذره یا جسم به تله افتاده بر حسب تغییرات ذره از منبع این نیرو بصورت بالا تغییر می کند که می توان این سیسم را بصورت میکروسکوپیکی در حرکت نسبی ذرات از منبع نیز مشاهد کرد.(در شکل قبلی)….. ۶۷

فصل اول پیشینه تحقیق و بررسی منابع

مقدمه:

اگر چه با تجربه روزانه در تناقض است، اما از زمان ظهور تئوري الكترومغناطيس به وسيله ماكسول، پذيرفته شده است كه امواج نوري دارای تكانه خطي هستند. ماكسول طرز عمل تئوري به صورت خودسازگار توضيح هاي كپلر را اثبات كرد كه معتقد بود نيروهاي دافع خورشيد روي قسمت هاي دنباله دار از فشار تابش نور خورشيد ناشي مي شود .حتي قبل از اختراع ليزرها، مشاهدات با لوازم آزمايشگاهي دقيق از لحاظ كيفي ( لبدو ۱۹۰۳، نيكول و هال ۱۹۰۱ ) و به صورت كمي ( نيكول و هال ۱۹۰۱ ) وجود فشار تابشي را ثابت كرد. به هر حال دستكاري ميكروني اپتيكي به عنوان يك وسيله به محدود كردن انتخابي و حركت ذرات كوچك، گراديان شدت خيلي بالا لازم دارد كه تنها با چشمه هاي نور ليزر ممكن مي شود. اين شاخه از فعاليت چهل سال قبل به وسيله اشكين در مقاله اي با عنوان ” شتاب و تله اندازي ذرات به وسيله فشار تابشي”[۱] آغاز گرديد. او باريكه ليزر متمركز شده ضعيف را براي هدايت ذرات استفاده كرد. او نه تنها شتاب ذرات به وسيله نيروي تابش را مشاهده كرد بلكه متوجه يك نيروي گراديان ( هل دادن ذرات شفاف با يك ضريب شكست بالاتر از محور باريكه احاطه كننده ) شد. علاوه بر اين او مفهوم تله اندازي نوری انتشار شمارنده را ارائه و اثبات كرد كه در آن فشار تابشي دو باريكه ي ليزر مخالف منجر به محصور شدن سه بعدي پايدار ذرات مي شد. به زودي تله هاي اپتيكي پايدار ديگر شامل تله معلق اپتيكي ناشي از موازنه نيروي گرانش با فشار تابشي اثبات گرديد[۱] . يك شكاف مهم در شاخه دستكاري ميكروني اپتيكي، اثبات تله نيروي گراديان باريكه منفرد بود كه امروزه به انبرك هاي نوري معروف است. در انبرك هاي نوري يك باريكه ليزر منفرد به واسطه يك عدسي با روزنه عددي بالا شديداً متمركز مي شود و به وسيله اين وسايل مي توان نيروهاي گراديان متقابل كننده با نيروهاي پراكندگي را در جهت انتشار ايجاد كرد. اين پياده سازي ظريف از تله اپتيكي، تله اندازي اپتيك سه بعدي ذرات دي الكتريك به صورت پايا را ممكن مي سازد. بر پايه­­ي اين ساخته هاي بنيادي يك شاخه كلي از دستكاري اپتيكي ذرات ميكروني توسعه يافت. از يك سو انبرك هاي نوري به صورت همه جانبه سريعا توسعه پيدا كردند كه شامل ابزارهاي چند تابعي به وسيله سازوكار تسهيم زمان، شكل دهي باريكه­ي هولوگرافيك و يك تعداد غير قابل شمارش از پالايش تكنولوژيكي را مي شد. از سوي ديگر يك محدوده وسيع از سازوكارهاي ديگر ظاهر شد كه مفهوم انبرك هاي اپتيكي گسسته چندگانه يا منفرد را فراتر برد اما يك چشم انداز اپتيكي مربوط به مسائل ويژه ارائه نمود.

۱-۱ نظریات دستکاری میکروسکوپی نوری

اگر ما لیزری را برداریم و به یک ذره ی کوچک بتابانیم، همزمان با حرکت نور،باریکه لیزر در درون آن انعكاس مي يابد. نیروهایی که باعث تغییرات مسیر می شود، طوري روي ذره فعالیت انجام می دهند تا ذره به بخش پر تراکم تر پرتو لیزر حرکت کند. به خاطر اینکه پرتوهای لیزر منحنی گائوسي دارند، بخش پر شدت آن در مرکز محورهاي پرتوها است. بنابرین نیرو، ذرات را محدود به محور پرتو می کند و از آنجایی که كانون پرتو قسمت پرتراکم پرتو در مسیر انتشار است، آن ذرات را به سمت کانون هدایت می کند. ذرات در سه بعد به دام می افتند. برای تولید نیروی کافی برای رسیدن به اين پديده 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 متمركز مي كنيم .ذرات به دام افتاده از این طریق زمینه ی تحقیقات فراوانی را محیا کرده اند. از طریق گرفتن ذرات چسبیده به انتهای مولکول ها و کشیدن آنها می توانیم ویژگی های کشسانی DNAرا اندازه گیری کنیم. اگر ذرات به دام بیافتند راحت تر می توانند شناسایی شوند.

اگرچه مد هاي پرتوی لیزر استفاده شده در دستكاري ميكروسكوپي نوري هم در فاز و هم در دامنه متنوع هستند، بیشتر آنالیز های تئوری دستکاری میکروسکوپی نوری در صفحه عرضي هنوز بر چگونگي انتقال تكانه خطي نور به ذرات استوار مي باشد. اشکین [۲]دو روش متفاوت دستکاری میکروسکوپی ارائه کرد که بر اساس اندازه­ی میکروذرات نسبت به طول موج نور مورد استفاده در دام های نوری پايه گذاري شده بود………………….

در ادامه پیشنهاد می شود که روش استفاده از انبرکهاي نوري در ساختار DNA ها و مولکولهاي زیستی بررسی و مطالعه شود.
و نیز نحوه استفاده و کاربرد آن در شیمی مواد و آزمایشگاه بررسی گردد و نشان داده شود که چگونه
استفاده از انبرکها به جاي مواد کلاسیکی می تواند در بهبود روند آزمایش و صدمه نزدن به مولکولها و مواد تاثیر گذار باشد.

در آنالیز اپتیک پرتویی، مسیر پرتوهاي فرایند هاي انعکاس و انکسار در میکرو کره براي آنالیز تله اندازي نوري کافی است. شکل ۲-۲ نمودار مسیر پرتویی ساده یک باریکه نوري را نشان می دهد. از شکل ۲-۲، یک معادله ي ساده اپتیک پرتویی براساس اپتیک هندسی توسعه داده می شود. مسیر پرتویی که در شکل ۲-۲ نشان داده شده است، تغییر جهت دار تکانه خطی نسبت به زمان نشان می دهد.

 

 

درباره ی مدیر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *