انبرک نوری به عنوان یک ابزار برای میکرودستکاری ذرات، شناخته شده است که می تواند بر روی ذرات میکرونی و زیرمیکرونی، شامل محلول های کلوئیدی صنعتی، سلول های زیستی و، همان طور که موضوع کار ما هم است، هواویزها نیروهایی از مرتبه ی پیکونیوتن اعمال کند. این ابزار سطح گسترده ای از تحقیقات فیزیکی، شیمیایی و زیستی را برای ما ممکن کرده است و قابلیت ویژه ی آن دستکاری ذرات بدون لمس آنها می باشد. تا به امروز تحقیقات گسترده ای در زمینه میکرودستکاری ذرات در محیط های آبی با استفاده از انبرک نوری انجام شده است که یکی از اهداف مهم آن بررسی پدیده های زیستی در حد تک مولکول است. اما در سال های اخیر با پیشرفت های صورت گرفته، چه از لحاظ علمی و چه از لحاظ تکنولوژی، توجه دانشمندان این بخش به میکرودستکاری ذرات در هوا جلب شده است و شاهد اندک کارهایی در این زمینه بوده ایم که اطلاعات باارزشی در مورد هواویزها به دست داده اند. در این پایان نامه برای اولین بار در ایران اقدام به تله اندازی ذرات میکرونی در هوا شده است. علاوه بر این با توجه به کارهای انجام شده در رابطه با تاثیر روغن غوطه وری در عمق بهینه ی تله اندازی نوری در آب و عدم توجه آزمایشگران به آن در تله اندازی در هوا، این اثر در تله اندازی در هوا مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور قطرات میکرونی آب (محلول آب نمک) را در هوا به تله انداخته و با تغییر عمق تله ی نوری و اندازه گیری ثابت سختی تله در هر عمق، نمودار تغییرات ثابت سختی بر حسب عمق را برای روغن های غوطه وری با ضریب شکست های مختلف به دست آوردیم، که بر این اساس شاهد تغییرات زیاد بهره ی تله (تا دو برابر کمینه ی مقدار آن) برای عمق های مختلف تله اندازی نوری با یک روغن غوطه وری و تغییر عمق بهینه برای روغن های غوطه وری با ضریب شکست های مختلف بودیم.

انبرک نوری یکی از دقیق ترین و مناسب ترین ابزار ها جهت وارد کردن و اندازه گیری نیروهای پیکونیوتونی است که امروزه در عرصه علم و فناوری جایگاه ویژه ای به خود اختصاص داده است. اندازه گیری جابجایی و نیرو در انبرک نوری نیازمند درجه بندی است. روش های مختلفی برای درجه بندی انبرک نوری استفاده شده است اما تعداد کمی از آنها امکان درجه بندی همزمان تله های چند گانه را فراهم می کنند. اکثر این روش ها مشکل غیر خطی شدن آشکارساز مورد استفاده در جابجایی های بزرگ را دارند که خود نیازمند درجه بندی است. ما در این پایان نامه، درجه بندی به روش ویدیو میکروسکوپی را تجربه کردیم. ابتدا توسط یک دوربین سریع از ذره تله شده فیلمبرداری کردیم و سپس با تحلیل تصاویر به دست آمده، مکان ذره را در هر فریم به دست آوردیم. سپس با استفاده از نمودار فراوانی مکان ذره و مقایسه آن با معادله نظری، ضریب سختی تله را استخراج نمودیم. در نهایت برای اطمینان از صحت روش مذکور، نتایج به دست آمده از این روش را با نتایج حاصله از روش طیف توانی مقایسه نمودیم.

انبرک نوری ابزاری مفید جهت تله اندازی ذراتی در مقیاس نانومتر تا میکرومتر است. ذره ی تله شده نیروهایی از مرتبه ی فمتونیوتون تا نانونیوتون را احساس می کند. واضح است که برای استفاده از این ابزار باید آن را به خوبی درجه بندی کرد. آشکارسازی با فوتودیود، معمول ترین روش درجه بندی در انبرک نوری است، پاسخ غیرخطی آشکارساز برای جابه جایی های بزرگ از جمله معایب اصلی این روش است. روش ویدئو میکروسکوپی که در آن، تصویر ذره ی تله شده به جای میدان پراکنده شده، برای درجه بندی مورد استفاده قرار می گیرد، روشی است که در این زمینه می تواند کارگشا باشد. نقطه ضعف اصلی این روش، محدودیت تفکیک زمانی سری های زمانی ضبط شده است. در این پایان نامه، از دوربین سریع برای بهبود تفکیک زمانی استفاده کرده ایم. علاوه بر این نشان داده ایم که کاهش ناحیه ی تصویربرداری می تواند به طور قابل ملاحظه ای تفکیک زمانی را افزایش دهد. برای این منظور تنها یک نوار باریک از تصویر ذره ای که دربرگیرنده ی لبه های ذره است را ضبط کرده ایم. بعد از فیلتر فضایی تصاویر ضبط شده با استفاده از کدهای نوشته شده در matlab آنالیز می شوند. در کد اول تصاویر ضبط شده به فرمت دوتایی تبدیل می شود و مرکز جرم تصویر به عنوان مکان ذره تلقی می شود، بعد از آنالیز تمامی تصاویر ضبط شده، طیف توانی سری های زمانی مکانی با استفاده از کد در دسترس matlab برای استخراج سختی تله مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه نشان داده ایم که روش کاهش ناحیه ی تصویربرداری می تواند به طور گسترده ای یکی از محدودیت های درجه بندی تصویر را برطرف کند.

تلاطم که سبب ناهمگنی ضریب شکست جو زمین می شود، عامل اصلی پایین بودن کیفیت تصاویر نجومی است. اپتیک تطبیقی ابزاری مناسب برای جبران زمان-واقعی ابیراهی های ناشی از تلاطم جو می باشد. در این پایان نامه ابتدا مروری بر ساختار جو زمین و نحوه فرمول بندی تلاطم می شود. به دنبال آن پارامترهای فضایی و زمانی توصیف کننده تلاطم جو معرفی می شوند. این پارامترها نقش اساسی در انتخاب محل مناسب برای ساختن رصدخانه و نیز طراحی سیستم اپتیک تطبیقی برای تلسکوپ را ایفا می کنند. در فصل آخر، ابزارهای مناسب و نحوه ثبت کردن توان طیف زمانی تلاطم جو بیان می شود و نتایج تجربی به دست آمده ارائه می گردد. هم چنین یک روش تجربی برای ساخت شبیه ساز تلاطم معرفی می شود و مراحل ساخت و بررسی کیفیت آن ارائه می شود.