انبرک نوری تباین فاز

انبرک نوری در طول دو دهه گذشته تبدیل به ابزاری بسیار مهم در تحقیقات در حوزه های مختلف علوم شده است. دامنه ی کاربرد این ابزار از بیوفیزیک تا نانوتکنولوژی را در بر می گیرد. گروههای تحقیقاتی متعددی در دانشگاههای مختلف در کشورهای اروپایی، آمریکایی، آسیایی و اقیانوسیه در تحقیقات مختلف در حوزه فیزیک، شیمی، بیوفیزیک، زیست شناسی ، نانوتکنولوژی و دیگر حوزه های تحقیقات بین رشته ای از این ابزار بهره می برند. همچنین گروههای زیادی وجود دارند که بر روی بهبود و گسترش حوزه ی کاربرد انبرک نوری تحقیق می کنند و هر هفته مقالات متعددی در مهمترین مجلات علمی دنیا در این زمینه چاپ می شود. انبرک نوری اساسا پرتوی لیزر کانونی شده توسط یک عدسی با گشودگی عددی بالا یا یک شیئی میکروسکوپ است. این ابزار می تواند بدون اتصال مکانیکی به اجسام کوچک با اندازه ی چند نانومتر تا چند میکرومتر با شکل و جنس مختلف(فلز، دی الکتریک و نیمه رسانا) نیروهایی از مرتبه ی چند دهم پیکونیوتن تا چند دهم نانونیوتن وارد سازد یا این نیروها را اندازه گیری نماید. این اعمال نیرو با انتقال تکانه ی خطی از نور به جسم به تله افتاده انجام می شود. همچنین به وسیله ی انبرک نوری می توان به ذرات به تله افتاده گشتاور وارد کرد که از انتقال تکانه ی زاویه ای از نور به جسم حاصل می شود. در نتیجه با انبرک نوری می توان اجسام میکرومتری و نانومتری با شکل های مختلف و اندازه ی چند نانومتر تا چند میکرون و با جنس های مختلف(فلزی، دی الکتریک و نیمه رسانا) را جابجا کرد و چرخاند. از جابجایی و اعمال نیرو بر اجسام ریز در بیوفیزیک و نانوتکنولوژی بهره های زیادی برده شده و از چرخانیدن ذرات ریز توسط نور می توان در حوزه های مختلف از جمله میکروفلویدیک استفاده کرد. در این پایان نامه به بهتر نمودن کارآیی انبرک نور می پردازیم. از سویی به ترکیب انبرک نوری با روش میکروسکوپی تباین فاز که تکنیکی است برای دیدن اجسام شفاف ریز(که دسته ی عمده ای از نمونه های زیستی را تشکیل می دهند) و تغییرات ضریب شکست محیط(به طور مثال در اثر گرم شدن یک نانوذره ی فلزی در اثر جذب نور لیزر) می پردازیم و نشان می دهیم که استفاده ی همزمان از انبرک نوری و روش تباین فاز مقدور است و این دو روش مطالعه، عملکرد یکدیگر را مختل نمی کنند. این ترکیب، راه را برای مطالعه، اعمال نیرو و گشتاور بر نمونه های زیستی توسط انبرک نوری و مشاهده ی آنها و ثبت تصویر از مطالعه ی آنها ممکن می کند. از سوی دیگر به بررسی بهبود سیستم آشکارسازی انبرک نوری می پردازیم. همچنین با به دست آوردن انتگرال های پراش در هنگام کانونی کردن نور لیزر توسط شیئی میکروسکوپ در شرایط واقعی میکروسکوپی، به بررسی اثر روغن غوطه وری بر روی کیفیت کانونی کردن نور لیزر در میکروسکوپ و انبرک نوری می پردازیم. همچنین با استفاده از یک مدل ساده، اثر ضریب شکست روغن غوطه وری را بر روی کیفیت تله ی ایجاد شده در انبرک نوری محاسبه می کنیم و نشان می دهیم که پیش بینی های این مدل ساده تا حد بسیار بالایی با نتایج تجربی گزارش شده هم خوانی دارد.