بخشی از مقاله
چکیده-
انبرک نوری یک باریکهی لیزرگاوسی کانونی شده توسط یک عدسی شیئی با گشودگی عددی بالا است که میتواند ذرات با اندازههای میکرومتر و نانومتر را که در مجاورت کانون قرار دارند با اعمال نیروی بازگرداننده تلهاندازی کند. به دلیل کاربردهای فراوان انبرک نوری جهت مطالعه و بررسی چندین ذره، این ابزار از یک تلهی نوری به چند تلهی نوری ارتقاء یافته است که در آن باریکهی لیزر به جای کانونی شدن در یک نقطه میتواند در چند نقطه کانونی شود و الگوهای متفاوتی از تلههای نوری به وجود آورد. استفاده از یک آینه نوسانی با سرعت بالا در چیدمان انبرک نوری قابلیتهای بیشتری مانند ایجاد کانون خطی و یا چندتلهای را فراهم میآورد. بنابراین برای تلهاندازی همزمان چندین ذره، نرخ اسکن آینه پیزوالکتریک باید سریعتر از حرکت براونی ذرات باشد. هدف از این مقاله ساخت یک آینه پیزوالکتریک با کمترین هزینه و پیادهسازی آن بر روی چیدمان انبرک نوری است. در این پروژه ابتدا از اتصال یک آینه به دو بلور پیزوالکتریک استفاده میشود، سپس با طراحی مدار الکترونیکی مربوطه و تنظیمات اولیه آن، آینهی پیزوالکتریک را برای جابهجاییهای دلخواه تلهی نوری راه اندازی میکنیم.
کلید واژه-انبرک نوری، آینه پیزوالکتریک، حرکت براونی.
-1مقدمه
زمانی که ذرات شفاف دیالکتریک نزدکِی یک باریکهی لیزر گاوسیِ کانونی شده قرار گیرند، نور به هنگام ورود به ذره دچار شکست یا بازتاب میشود. نیروی به وجود آمده به علت تغییر جهت نور، بر روی ذره تأثیر گذاشته و ذره به سمت کانون کشیده میشود یا در جهت انتشار باریکهی لیزر هل داده می-شود. این نیروها میتوانند در سه بعد تلهای پایدار ایجاد کنند و با اعمال نیروهایی از مرتبهی پیکونیوتن ذرات میکرومتری را در تله نگه دارند. برای مطالعهی تعداد زیادی از ذرات به طور همزمان میتوان سیستم انبرک نوری را به حالت چندتلهای ارتقاء داد. استفاده از مدولاتور فضایی نور [1] - SLM - ، [2] AOD، دو باریکهی موازی [3]، آینه پیزوالکتریک 4]و[5 و آینه گالوانو [ 6] از جمله روشهای ارائه شده برای تلهاندازی همزمان ذرات است. در این مقاله نتایج ساخت یک آینه پیزوالکتریک با هزینه کم ارائه شده است. ابتدا آینه بر روی دو بلور پیزوالکتریک نصب میشود، سپس با اعمال ولتاژ به بلور پیزوالکتریک، میتوان باریکهی منعکس شده از آینه را با سرعت و زاویه مختلف منحرف کرد. استفاده از این آینه در چیدمان انبرک نوری این امکان را فراهم میآورد که بتوان چندین ذره را در موقعیت-های دلخواه به صورت همزمان تلهاندازی کرد.
-2مباحث نظری
برای تلهاندازی همزمان چندین ذره کلوئیدی مدت زمان دوره تناوب آینه اسکن کننده باید طوری تنظیم شود که ذره فرصت دورشدن از محل تله را نداشته باشد. این زمان را میتوان با زمان مشخصه حرکت براونی - τ - مشخص کرد که معکوس آن کمینه فرکانس اسکن آینه را تعیین میکند. تابع توزیع احتمال حضور ذره در مکان x و در زمان t با استفاده از معادلهی لانژون به صورت تابع زیر بهدست میآید :[3] در آن D0 ضریب پخش ذرات و t زمان است. ، احتمال حضور ذره در مکان - na تا na ، از انتگرال تابع توزیع احتمال بهدست میآید: در آن سرعت اسکن آینه پیزوالکتریک است. همانطور که این رابطه نشان میدهد نرخ اسکن تلهی نوری برای یک تلهی پایدار وابسته به مقداروُشکسانی سیال و شعاع ذرات میتواند مقادیر مختلفی داشته باشد. شکل 1 نتایج نظری سرعت اسکن آینه را برای تلهاندازی همزمان ذرات 1 میکرونی در آب بر اساس رابطه - - 3 و برحسب nهای مختلف نمایش میدهد. همانطور که در شکل 1 مشخص است برای مقدار فرضی 0 9 سرعت اسکن برای ذرات پلیاستایرن به شعاع 0 5 میکرومتر در آب و دمای 20 درجه سانتیگراد باید 100 هرتز باشد و دامنه حرکت پخشی ذرات به طور متوسط 300nm است.
-3کارهای تجربی
چیدمان انبرک نوری چندتلهای در این بررسی شامل میکروسکوپ نوری، منبع لیزر با طول موج 1064 nm و آینه پیزوالکتریک به عنوان اجزای اصلی است. این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.opsi.ir معتبر است. آینهی مورد استفاده بر روی 2 بلور پیزوالکتریک به عنوان منحرف کننده نور انعکاسی از آینه در دو راستای عمود بر هم قرار دارد. بیشینه زاویهای که آینه پیزوالکتریک باریکهی لیزر را منحرف میکند 5 1 میلیرادیان است. در این چیدمان از یک میکروسکوپ نوری وارون که به صورت باز چیده شده است، برای مشاهده و تلهاندازی ذرات استفاده شده است. مطابق شکل 3 باریکهی لیزر پس از بازتاب از سطح دو آینه اول و پهن شدن به اندازهی مشخص توسط چهار عدسی، توسط آینه دورنگی به سمت عدسی شیئی 100x - و NA=1 3 - هدایت و داخل نمونه کانونی میشود و ذراتی که در نزدیکی کانون قرار دارند را تلهاندازی میکند. نوری که از لامپ LED تابش میشود پس از عبور از عدسی چگالنده نمونه را روشن میکند و تصویر نمونه توسط عدسی 5 L بر روی دوربین تشکیل میشود.
برای نوسان آینه در دو بعد، لازم است دو سری از مدار کنترل کننده پیزوالکتریک استفاده شود، که با اتصال فانکشن ژنراتور به پایه G، و منبع تغذیه به پایه D جریان عبوری - i - از پایه S به Dمرتباً سوئیچ میشود. با اعمال ولتاژ به قطعههای پیزوالکتریک آینه نوسان کرده و در نتیجه تلهی نوری بین دو نقطه با فرکانسی برابر با فرکانس نوسانات آینه جابهجا میشود. در فرکانسهای بالا به عنوان مثال 100 هرتز، مسیر حرکت تلهی نوری به شکل خط دیده میشود. در حالتی که باریکهی لیزر توسط دو عدسی به شکل موازی به سمت عدسی شیئی انتشار مییابد، دامنهی تلهی خطی در این چیدمان انبرک نوری 9 2 میکرومتر اندازهگیری شده است.
