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 اپتیكی:……………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
1-3 فشار اپتیكی:……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 6
1-4 معرفی انبرک های نوری…………………………………………………………………………………………………………………….. 7
1-5 دینامیك انبرك های نوری:……………………………………………………………………………………………………………… 10
1-6 تعدادی از كاربردهای انبرك 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 باریكه:……………………………………………………………………………………………………………………………. 18
1-11  حوزه میانی…………………………………………………………………………………………………………………………………… 21
1-12  تله اندازی اپتیكی مانند یك مساله پراكندگی………………………………………………………………………….. 22
1-13 تقریب پاراكسیال:………………………………………………………………………………………………………………………….. 26
1-14 نیروهای اضافی در انبرك های نوری:………………………………………………………………………………………….. 27
1-15  اندازه گیری نیرو:…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
1-16  اندازه گیری نیروهای عرضی………………………………………………………………………………………………………. 30
1-17  مشخص كردن موقیعت ذره:……………………………………………………………………………………………………….. 32
1-18 روش های كالیبره كردن:………………………………………………………………………………………………………………. 33
1-19 كالیبره كردن اندازه گیری نیرو:…………………………………………………………………………………………………… 35
1-20 كالیبره كردن نیروی كشش ویسكوزیته:……………………………………………………………………………………… 36
1-21 كالیبره كردن حركت 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
شكل1-1: طول موج نور بر حسب قطر ذره كه حوزه آنالیز را مشخص می كند………………… 4
شكل1-2: وابستگی بین پرتو نور فرودی، شكست و بازتابش در مرز دو محیط………………… 7
شكل1-3: اصول اولیه كنترل موقعیت در انبركهای نوری………………………………………….. 11
شكل1-4:نیروی اپتیكی اعمالی بر میكروكره قرار گرفته در نزدیكی كانون عدسی شئ…. 14
شكل1-5: مسیر پرتو نوری در ذره كروی………………………………………………………………… 17
شكل1-6:مسیر پرتو برای یك كره منعكس كننده بالا برای باریكه گائوسی…………………. 17
شكل1-7: هندسه برای محاسبه كارایی تله اندازی محوری برای میكروكره با در نظر گرفتن پهنای باریكه    19
شكل 1-8: كارایی تله اندازی محوری میكرو كره پلی استیرن قرار گرفته در آب بوسیله تقریب های پرتویی  خط مستقیم (اپتیك پرتویی)و خط سهمی وار(پهنای باریكه) با پهنای باریكه …………. 20
شكل 1-9: كارایی تله اندازی عرضی میكروكره پلی استیرن بوسیله تقریب های پرتویی دو همگرایی         21
شکل1-10: دورنمای پتانسیل اپتیكی برای ذره ذره كروی بدلیل یك باریكه گائوسی متمركز شده منتشره در راستایZ +.روزنه های عددی متفاوت برای عدسی كانونی كننده 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 پیكان). مقادیر مطلق  در مقادیر پشت ماتریس پیكان كدگذاری  شده است، نواحی كم نیرو(آبی)و نواحی پر نیرو(قرمز). در ستون راست، میدان نیروی یكسان 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 كه قطر یك طول موج و ضریب شكست دارد و و سیال احاطه كننده ضریب شكست  دارد………………………………………………………….. 25
1-11: اصول اولیه اندازه گیری نیروی ذره به دام افتاده، احتمال بالایی برای حضور در  پتانسیل كمینه دارد.(الف)، كه یك نمودار هیستوگرام نتیجه می شود(ب). برای ساختار و كاربرد های نوعی، چاه پتانسیل می تواند بصورت هارمونیك تقریب زده شود(ج)ف كه یك رابطه خطی بین نیروی خارجی اعمالی به ذره و جابجایی ذره نتیجه می دهد(د)…………………………………………………………………………………………… 30
شکل1-12: مولفه نیروی  ( )    32
شكل1-13: نیروی های محاسبه شده  بر روی كره. باریكه گائوسی می باشد. شكل چپ نیروی عرضی روی كره به عنوان تابعی جابجایی عرضی. شكل سمت راست نیروی محوری بر روی  كره 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 الكترومغناطیس به وسیله ماكسول، پذیرفته شده است كه امواج نوری دارای تكانه خطی هستند. ماكسول طرز عمل تئوری به صورت خودسازگار توضیح های  كپلر را اثبات كرد كه 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 كیفی ( لبدو 1903، نیكول و هال 1901 ) و به صورت كمی ( نیكول و هال 1901 ) وجود فشار تابشی را ثابت كرد. به هر حال دستكاری میكرونی اپتیكی به عنوان یك وسیله به محدود كردن انتخابی و حركت ذرات كوچك، گرادیان شدت خیلی بالا لازم دارد كه تنها با چشمه های نور لیزر ممكن می شود. این شاخه از فعالیت چهل سال قبل به وسیله اشكین در مقاله ای با عنوان ” شتاب و تله اندازی ذرات به وسیله فشار تابشی” [1]  آغاز گردید. او باریكه لیزر متمركز شده ضعیف را برای هدایت ذرات استفاده كرد. او نه تنها شتاب ذرات به وسیله نیروی تابش را مشاهده كرد بلكه متوجه یك نیروی گرادیان ( هل دادن ذرات شفاف با یك ضریب شكست بالاتر از محور باریكه  احاطه كننده ) شد. علاوه بر این او مفهوم تله اندازی نوری انتشار شمارنده را ارائه و اثبات كرد كه در آن فشار تابشی دو باریكه ی لیزر مخالف منجر به محصور شدن سه بعدی پایدار ذرات می شد. به زودی تله های اپتیكی پایدار دیگر شامل تله معلق اپتیكی ناشی از موازنه نیروی گرانش با فشار تابشی اثبات گردید[1]  . یك شكاف مهم در شاخه دستكاری میكرونی اپتیكی، اثبات تله نیروی گرادیان باریكه منفرد بود كه امروزه به انبرك های نوری معروف است. در انبرك های نوری یك باریكه لیزر منفرد به واسطه یك عدسی با روزنه عددی بالا شدیداً متمركز می شود و به وسیله این وسایل می توان نیروهای گرادیان متقابل كننده  با نیروهای پراكندگی  را در جهت انتشار ایجاد كرد. این پیاده سازی ظریف از تله اپتیكی، تله اندازی اپتیك سه بعدی ذرات دی الكتریك به صورت پایا را ممكن می سازد. بر پایه­­ی این ساخته های بنیادی یك شاخه كلی از دستكاری اپتیكی ذرات میكرونی توسعه یافت. از یك سو انبرك های نوری به صورت همه جانبه سریعا توسعه پیدا كردند كه شامل ابزارهای چند تابعی به وسیله سازوكار تسهیم زمان، شكل دهی باریكه­ی هولوگرافیك و یك تعداد غیر قابل شمارش از پالایش تكنولوژیكی را می شد. از سوی دیگر یك محدوده وسیع از سازوكارهای دیگر ظاهر شد كه مفهوم انبرك های اپتیكی گسسته چندگانه یا منفرد را فراتر برد اما یك چشم انداز اپتیكی مربوط به مسائل ویژه ارائه نمود.
تعداد صفحه : 84
قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

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.

***  *** ***

[add_to_cart id=153728]

—-

پشتیبانی سایت :       

*         parsavahedi.t@gmail.com