بهینه سازی تعیین مکان ذره در انبرک نوری با استفاده از پراکندگی رو به جلو و رو به عقب

امکان اندازه گیری نیرو در بازه پیکو نیوتن و فمتو نیوتن با استفاده از انبرک نوری به حساسیت و دقت روش آشکارسازی مکان ذره وابسته است. یک روش مرسوم برای آشکارسازی مکان ذرات به تله افتاده، استفاده از نمایش آشکارسازی مکان رو به جلو (پیش رو) است که در آن فوتودیود چهارتایی در صفحه کانون پشتی عدسی چگالنده قرار می گیرد. برای جابجایی های کوچک اطراف محل تعادل ذره، یک رابطه خطی بین سیگنال آشکارساز و جابجایی ذره وجود دارد. با استفاده از این روش آشکارسازی، پهنای ناحیه خطی سیگنال آشکارساز نسبت به پهنای ناحیه خطی نمودار نیرو -جابجایی مقدار کمتری را بدست می دهد، به همین خاطر بازه ای که بتوان نیرو را دقیق محاسبه کرد، محدود می شود. هدف ما در این پایان نامه بهینه سازی سیستم آشکارسازی انبرک نوری است. برای این منظور چهار روش آشکارسازی پیشنهاد شده است. بررسی نظری این روش ها با استفاده از نظریه کامل الکترومغناطیس انجام شده و با نتایج تجربی مقایسه شده اند. روش اول استفاده از باریکه لیزر ثانوی برای آشکارسازی است. استفاده از این روش محدودیت اندازه گیری نیرو را در راستای جابجایی های عرضی ذره در تله نوری کاهش می دهد. روش دوم قراردادن آشکارساز در صفحه تصویر(صفحه همیوغ با صفحه شیئ) به جای صفحه کانون پشتی است. در این حالت برای ذرات بزرگتر از ? یا ? میکرون که معمولا در کاربرد های انبرک نوری استفاده می شوند، محدودیت اندازه گیری نیرو در راستای جابجایی های عرضی به طور کامل از بین می رود. روش سوم قراردادن میان بند (مانع) در صفحه کانون پشتی عدسی چگالنده است. این کار باعث افزایش ناحیه خطی سیستم آشکارساز برای جابجایی های هم راستا با محور باریکه لیزر می شود. نتایج نظری و تجربی بدست آمده با استفاده از این روش ها قابلیت انبرک نوری را به عنوان حسگر همزمان نیرو و مکان نشان می دهد. روش چهارم استفاده از میکروسکوپی میدان (زمینه) تاریک در ابزار انبرک نوری برای مشاهده نانو ذرات فلزی به تله افتاده است. از آنجایی که تحت این شرایط نمی توان از روش آشکارسازی مکان رو به جلو استفاده کرد از روش آشکارسازی رو به عقب (پس رو) برای آشکارسازی نانو ذرات فلزی به تله افتاده استفاده شده است. در نتیجه علاوه بر داشتن تصاویر نانو ذرات به تله افتاده با تباین بالا، آشکارسازی مکان آنها با دقت نانومتر انجام شده است. % بعلاوه در این پایان نامه به بررسی دینامیک حرکت گرمایی نانو سیم های سیلیکونی در دو تله نوری پرداخته ایم. نیروها و گشتاورهای وارد بر نانو سیم های سیلیکونی از طرف دو تله نوری را، به صورت تئوری با استفاده از نظریه کامل الکترومغناطیس و استفاده از روش تی-ماتریس محاسبه کرده ایم. همچنین بستگی آهنگ گذار کرامرز به طول نانو سیم های سیلیکونی و فاصله بین دو تله نوری نشان داده شده است. سازگاری نتایج تئوری بدست آمده با نتایج تجربی مشاهده شده است.