پایان نامه ارشد:بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک­های نوری

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی نانو فناوری

گرایش :مهندسی نانو الکترونیک

عنوان : بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک­های نوری

پردیس بین المللی ارس

گروه مهندسی نانو فناوری

گرایش مهندسی نانو الکترونیک

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی‌ارشد

عنوان پایان نامه

بررسی قابلیت مدیریت اجسام با ابعاد نانومتر توسط انبرک­های نوری

استاد راهنما

دکتر (حامد باغبان )

استاد مشاور

دکتر (سعید گل محمدی )

 

بهمن93

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده :

همانطوری که می دانیم انبرکهای نوری در واقع برای مولکولها وذرات تله های نوری هستند که در آنها مطالعه و دستکاری ذرات در ابعاد نانومتری و میکرومتری مطالعه و انجام می شود.نیروهایی که در این کار برای ذرات و مطالعه انها لازم است در حد پیکومتری  بوده و نیروهای حاصل از انواع پراکندگی در سطح ذرات مورد بررسی و مطالعه قرار میگیرد.در این روش می توان گفت که تله اندازی ذرات، با استفاده از امواج محوری و کانونی شده ی لیزری صورت می گیرد که نیروی گرادیان حاصل از این امواج کانونی می تواند براحتی در انتقال نیرو و نهایتا در جابه جایی ذرات استفاده شود.پس می توان گفت که ذرات در این روش با تله اندازی بوسیله باریکه های لیزری فرودی بر سطح ذره، مورد شتاب قرار میگیرد و در چاه پتانسیلی آن محبوس می گردد.در پایان با توجه به کاربردهای وسیع انبرکهای نوری بخصوص در سالهای اخیر در این پایان نامه ضمن مطالعه انبرکهای نوری، بهینه سازی عوامل موثر در افزایش پایداری این تله اندازی ذرات و عوامل موثر در انبرکهای نوری اعم از قطبش ذرات و باریکه های لیزری و خصوصیات مهم این باریکه بصورت کیفی مورد بررسی  و مطالعه قرار گرفته است .

همچنین اثرات همدوسی و قطبش در یک سیستم یا انبرکهای نوری بررسی شده و حالتهای همدوس یک سیستم و اثرات آن در انبرکها، پهنای خط همدوسی و میزان آن و همچنین در حالت کلی سیستم های واقعی که مطابق با دنیای واقعی مولکولهاست یعنی سیستمی که در آن مولکولها دارای حرکت هستند بررسی و میزان این تحرک و اثرات آن در انبرکها لحاظ شد .همانطوری که نتایج نشان می دهند قطبش و میزان همدوسی سیستم برای به تله انداختن و جابه جایی مولکولها و ذرات بسیار مهم و با اهمیت می باشد و با استفاده از باریکه های همدوس و قطبش ذرات براحتی می توان یک ذره را به تله انداخته و یا آن را جابه جا کرد که در این راستا حرکت خود ذرات و تاثیرات محیطی بسیار با اهمیت است که در انبرکهای نوری که بصورت تجربی ساخته و مورد استفاده قرار میگیرند باید به انها دقت شود.در این پایان نامه حالتهای مختلف باریکه های لیزری در رژیم های مختلف و اثرات ان بر روی ذرات مطالعه و بررسی شده است . علاوه بر خصوصیات باریکه های لیزری در رژیم های رایلی و غیره و اثرات گرایان نیروی ایجاد شده در لیزری کانونی ،خصویات ذرات و قطبش انها و نیز تاثیرات ان در به دام انداختن ذرات و پایداری سیستم مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. مطالعه و شبیه سازی ما مطابق با ذرات و دنیای واقعی آنها بود ودر اینجا نشان دادیم که چگونه حرکت ذرات و برهمکنش آن با باریکه لیزری می تواند در به تله انداختن ذرات مورد بررسی و توجه قرار گیرد.

 

فهرست عناوین                                                                                                صفحه

فصل اول پیشینه تحقیق و بررسی منابع………………………………………………………………………………………………….. 1

مقدمه:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

1-1  نظریات دستکاری میکروسکوپی نوری……………………………………………………………………………………………… 3

1-2 نیروی اپتیکی:……………………………………………………………………………………………………………………………………… 4

1-3 فشار اپتیکی:……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 6

1-4 معرفی انبرک های نوری…………………………………………………………………………………………………………………….. 7

1-5 دینامیک انبرک های نوری:……………………………………………………………………………………………………………… 10

1-6 تعدادی از کاربردهای انبرک های نوری:…………………………………………………………………………………………. 12

1-7 تله اندازی نوری……………………………………………………………………………………………………………………………….. 12

1-8  نیرو ها 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 انبرک های نوری:………………………………………………………………………………………….. 27

1-15  اندازه گیری نیرو:…………………………………………………………………………………………………………………………. 29

1-16  اندازه گیری نیروهای عرضی………………………………………………………………………………………………………. 30

1-17  مشخص کردن موقیعت ذره:……………………………………………………………………………………………………….. 32

1-18 روش های 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

3-1توان و انرژی لیزری در جابه جایی ذرات :………………………………………………………………………………………. 64

نتیجه گیری :…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 68

پیشنهادات:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 68

مراجع:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69

 

فهرست شکل­ها                                                    صفحه

شکل1-1: طول موج نور بر حسب قطر ذره که حوزه آنالیز را مشخص می کند………………… 4

شکل1-2: وابستگی بین پرتو نور فرودی، شکست و بازتابش در مرز دو محیط………………… 7

شکل1-3: اصول اولیه کنترل موقعیت در انبرکهای نوری………………………………………….. 11

شکل1-4:نیروی اپتیکی اعمالی بر میکروکره قرار گرفته در نزدیکی کانون عدسی شئ…. 14

شکل1-5: مسیر پرتو نوری در ذره کروی………………………………………………………………… 17

شکل1-6:مسیر پرتو برای یک کره منعکس کننده بالا برای باریکه گائوسی…………………. 17

شکل1-7: هندسه برای محاسبه کارایی تله اندازی محوری برای میکروکره با در نظر گرفتن پهنای باریکه    19

شکل 1-8: کارایی تله اندازی محوری میکرو کره پلی استیرن قرار گرفته در آب بوسیله تقریب های پرتویی  خط مستقیم (اپتیک پرتویی)و خط سهمی وار(پهنای باریکه) با پهنای باریکه …………. 20

شکل 1-9: کارایی تله اندازی عرضی میکروکره پلی استیرن بوسیله تقریب های پرتویی دو همگرایی         21

شکل1-10: دورنمای پتانسیل اپتیکی برای ذره ذره کروی بدلیل یک باریکه گائوسی متمرکز شده منتشره در راستایZ +.روزنه های عددی متفاوت برای عدسی کانونی کننده در( الف-ج) در نظرگرفته شده است. در ستون سمت چپ توزیع شدت عرضی و طولی میدان. ناحیه حدود  طول موج. ستون وسطی نیروهای موضعی اعمالی به ذره رانشان می دهد(ماتریس پیکان). مقادیر مطلق  در مقادیر پشت ماتریس پیکان کدگذاری  شده است، نواحی کم نیرو(آبی)و نواحی پر نیرو(قرمز). در ستون راست، میدان نیروی یکسان برروی توزیع شدت نشان داده می شود، شیفت بین موقعیت نیرو و موقعیت تعادلی ذره را نشان می دهد. همه محورها در واحد طول موج برچسب گذاری می شوند.ذره فرض می شود که قطر یک طول موج و ضریب شکست دارد و و سیال احاطه کننده ضریب شکست  دارد………………………………………………………….. 25

1-11: اصول اولیه اندازه گیری نیروی ذره به دام افتاده، احتمال بالایی برای حضور در  پتانسیل کمینه دارد.(الف)، که یک نمودار هیستوگرام نتیجه می شود(ب). برای ساختار و کاربرد های نوعی، چاه پتانسیل می تواند بصورت هارمونیک تقریب زده شود(ج)ف که یک رابطه خطی بین نیروی خارجی اعمالی به ذره و جابجایی ذره نتیجه می دهد(د)…………………………………………………………………………………………… 30

شکل1-12: مولفه نیروی  ( )    32

شکل1-13: نیروی های محاسبه شده  بر روی کره. باریکه گائوسی می باشد. شکل چپ نیروی عرضی روی کره به عنوان تابعی جابجایی عرضی. شکل سمت راست نیروی محوری بر روی  کره به عنوان  تابعی از جابجایی محوری      35

شکل2-1:همانطوری که در این شکل دیده می شود احتمال به دام افتادن ذره در رزیم رامان بصورت حرکت نوسانی با زمان تغییر می کند…………………………………………………………………………………. 43

شکل2-2:برهمکنش نور با اتم ها……………………………………………………………………………. 44

شکل2-3همانطوری که در این شکل دیده می شود باریکه لیزری با ایجاد گرادیان نیرو می تواند باعث محبوس شدن و به تله انداختن ذرات شود…………………………………………………………………………… 47

شکل 2-4: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……………………………………………………………………………………………………………………. 48

شکل3-1:قطبش القا شده در سیستم بر حسب میدان اعمالی به سیستم……………………. 59

شکل3-2:قطبش القا شده در سیستم بر حسب میدان اعمالی به سیستم……………………. 60

شکل3-3:نیروی وارد شده به سیستم بر حسب تغییرات I………………………………………… 61

شکل3-4 :تغییرات فرکانس سیستم بر حسب جابه جایی مولکولی نشان داده شده است . 62

شکل3-5 :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…………………………………………………………………. 63

شکل3-6: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 .    65

شکل3-7: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…………………………………………………………………….. 66

شکل3-8: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)………………………………………………… 67

 

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 توضیح های  کپلر را اثبات کرد که معتقد بود  نیروهای دافع خورشید روی قسمت های دنباله دار از فشار تابش نور خورشید ناشی می شود .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 چشمه های نور لیزر ممکن می شود. این شاخه از فعالیت چهل سال قبل به وسیله اشکین در مقاله ای 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 باریکه ی لیزر مخالف منجر به محصور شدن سه بعدی پایدار ذرات می شد. به زودی تله های 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 انبرک های نوری معروف است. در انبرک های نوری یک باریکه لیزر منفرد به واسطه یک عدسی با روزنه عددی بالا شدیداً متمرکز می شود و به وسیله این وسایل می توان 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 می سازد. بر پایه­­ی این ساخته های بنیادی یک شاخه کلی از دستکاری اپتیکی ذرات میکرونی توسعه یافت. از یک سو انبرک های نوری به صورت همه جانبه سریعا توسعه پیدا کردند که شامل ابزارهای چند تابعی به وسیله سازوکار تسهیم زمان، شکل دهی باریکه­ی هولوگرافیک و یک تعداد غیر قابل شمارش از پالایش تکنولوژیکی را می شد. از سوی دیگر یک محدوده وسیع از سازوکارهای دیگر ظاهر شد که مفهوم انبرک های اپتیکی گسسته چندگانه یا منفرد را فراتر برد اما یک چشم انداز اپتیکی مربوط به مسائل ویژه ارائه نمود.

تعداد صفحه : 84

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید